View
68
Download
10
Category
Preview:
DESCRIPTION
Élettan alapismeretek
Citation preview
Anatómia és élettan
1. félév
Dr Schlett Katalin
ELTE TTK Élettani és Neurobiológiai Tanszék
tematika, elıadások anyaga:
ajánlott irodalom:magyar nyelven
http://physiology.elte.hu/elettan_pszicho.html
• Donáth Tibor: Anatómia - Élettan; Medicina Kiadó
• Stephen G. Waxman: Összehasonlító neuroanatómia; Medicina Kiadó
(fıleg anatómia)
(funkcionális és klinikai neuroanatómia; idegrendszer)
• Ormai Sándor: Élettan - kórélettan; Semmelweis Kiadó(fıleg élettan, néhol elavult; kórképek ismertetése)
• Fonyó Attila: Élettan gyógyszerészhallgatók számára / Az orvosi élettan tankönyve; Medicina Kiadó(részletes, magas szintő - utóbbi csak haladóknak!)
ajánlott irodalom:angol nyelven
• Gerard J. Tortora, Bryan H. Derrickson: Principles of Anatomy and Physiology; 12th Edition; Wiley
ISBN: 978-0470-39495-3
(kiváló, érthetı anatómiai és élettani áttekintés, színvonalas ábraanyag; anatómiai atlasz, online tananyag)
(kiváló, interaktív DVD a humán testanatómia és a szöveti felépítés bemutatására)
• Mark Nielsen, Shawn D. Miller: Real Anatomy Software DVD; Wiley
ISBN: 978-0-470-11483-4
A strukturális szervezıdés szintjei1. kémiai szervezıdés
2. sejtszintő szervezıdés
3. szövetek
- atomok (C, H, O, N, P, Ca, S, stb)- molekulák (szerves és szervetlen)
- a szervezet legkisebb élı egységei
- hámszövet, kötı- és támasztószövet, izomszövet, idegszövet
kémiai szint
sejtek
4. szervek- két v. többféle szövetbıl épül fel- speciális funkció- ált. jellegzetes alak
szervek
szövetek
- azonos csíralemezbıl származó, azonos szerkezető és adott funkciójú sejtek
az egyed6. az egyed szintje
5. szervrendszerek- azonos élettani funkcióban részt vevı
szervek együttese
• kültakaró• vázrendszer• izomrendszer• keringési rendszer• nyirok- és immunrendszer • légzırendszer • kiválasztó rendszer• emésztırendszer• endokrin (hormonális) rendszer• reproduktív rendszer• idegrendszer
- típusok:
szervrendszer
A strukturális szervezıdés szintjei
Alapvetı anatómiai kifejezések
proximális(közeli)
disztális(távoli)
mediális(közép)
laterális(oldalsó) superior
(felsı)
inferior(alsó)
dorzális(háti)
ventrális(hasi)
kraniális(feji)
kaudális(farki, hátsó)
exterior(külsı)
interior(belsı)
anterior(elülsı)
poszterior(hátulsó)
Alapvetı anatómiai kifejezéseknézet
nézet
nézet
transzverzális sík
frontális sík
szagittális síkmidszagittális (középvonal keresztüli)
paraszagittális (középvonal
melletti)
ferde sík
Az emlıs sejtek alapvetı felépítése; sejtalkotók áttekintése
Az emlıs sejtek alapvetı mőködése
- felépítı és lebontó folyamatok eltérı aránya
• kompartmentalizáció (tér és idıbeli elhatárolódás)
• szabályozottság
• anyag- és energiaforgalom a környezettel
• kommunikáció
- sejtmembrán (plazmamembrán)
- citoplazma (citoszol és többféle sejtszervecske)
- sejtmag (kromoszómák/DNS)
- sejten belül, sejtek között
- belsı és külsı szabályozó folyamatok
Az emlıs sejtek alapvetı felépítése
sejtmembrán
sejtmag
citoplazma
mito-kondrium
Golgi komplexsima felszín ő endoplazmás retikulum (SER)
durva felszín őendoplazmás
retikulum (RER)
centroszóma
lizoszómaszekréciós vezikula
nukleólusz
Az emlıs sejtek alapvetı felépítése� sejtmembrán (plazmamembrán; ld. 3. elıadás is)
• 1972, Singer és Nicholson: folyékony mozaik membrán
• zsírok (lipid kettısréteg) + beágyazott fehérjék• extra- és intracelluláris oldal; transzmembrán régió
foszfolipidek:
poláros fej (hidrofil)
poláros fej (hidrofil)
zsírsavláncok (hidrofób)
koleszterin
fehérjék
extracelluláris
intracelluláris
cukor oldallánc (glikoprotein)
Az emlıs sejtek alapvetı felépítése� citoszol- 75 - 90% víz + szerves anyagok (ld. anyagcsere)- oldott anyagok (tápanyagok, anyagcseretermékek,
végtermékek) és raktározott tápanyagok (glikogén szemcsék, lipid cseppek)
� sejtszervecskék
mikrofilamentumok
(aktin/miozin)
köztes (intermedier) filamentumok
- citoszkeleton (a sejtek vázrendszere)
mikrotubulusok
(tubulin)
Az emlıs sejtek alapvetı felépítése� sejtszervecskék (folyt.)- centroszóma : osztódó sejtek, mikrotubulus
- endoplazmás retikulum • felépítı anyagcsere-
folyamatokban fontos:
sima felszín őendoplazmás retikulum (SER)
durva felszín őendoplazmás
retikulum (RER)
- RER: riboszómák; fehérjeszintézis
riboszómák
- SER: zsírsav, szteroid szintézis
• igen sokféle enzimet tartalmaznak
Az emlıs sejtek alapvetı felépítése� sejtszervecskék (folyt.)- Golgi komplex
• szekretált vagy a sejtmembrán feléirányuló anyagtranszport RER-bıl vezikulák
szekréciós vezikulák
RER Golgi komplex
szekretált fehérjék
sejtmembránba épülı fehérjék
Az emlıs sejtek alapvetı felépítése� sejtszervecskék (folyt.)
- lizoszóma
emésztıenzimek
• lebontó folyamatok: bekebelezett anyagok vagy elhasznált sejtszervecskék
- mitokondrium
• energia (ATP) termelés: terminális oxidáció (O2-függı)
enzimek
Az emlıs sejtek alapvetı felépítése� sejtmag (nucleus)
• sejtmagvacska (nukleólusz): riboszómák elıállítása (rRNS, DNS és fehérje tartalom)
durva felszín őendoplazmás retikulum (RER)
sejtmaghártya
pórusoksejtmagvacska
• kromoszóma: feltekeredett DNS és fehérje
DNS
hiszton fehérje
kromoszóma
Az emlıs sejtek alapvetı mőködése: fehérjeszintézis
sejtmag
sejtmembrán
citoplazma
sejtmag pórus
DNSDNS
RNSRNS
RNSRNSfehfeh éérjerje
riboszóma
transzkripció
transzláció
• DNS-rıl mRNS szintézis
• RNS-rıl fehérje szintézis (riboszóma)
Az alapvetı szövettípusok áttekintése
Szövetek: a hámszövet (epitélium)- külsı és belsı felületeket határoló, szorosan illeszkedı
sejtek - speciális szerep a transzportfolyamatokban, kiválasztásban és a szervezet védelmében
- közvetlen érellátása nincs
- mindhárom csíralemez (ekto-, endo-, mezoderma) származékai
hám-szövet
alap-hártya
kötı-szövet
ideg ér
apikális ("küls ı") felszín
laterális (oldalsó) felszín
bazális ("alsó") felszín
- sejtek elrendezése:laphám köbhám hengerhám
alaphártya
egyrétegő álrétegzett többrétegőalaphártya
- sejtalak:
� fedıhám (védıhám)
Szövetek: a hámszövet (epitélium)
- egy- vagy többrétegő, felszíneket vagy üregeket borít
- mechanikai védelem: csillók
elszarusodó laphám
• elszarusodó / nem elszarusodó• csillók / mikrovillusok
mikrovillus
� mirigyhám- egysejtő vagy összetett mirigyek
- szekréció: váladéktermelés, ill. kiválasztás
- belsı elválasztású (endokrin): szövetközötti folyadékba / véráramba ürül; hormonokkülsı elválasztású (exokrin): hámréteg felszínére ürül
� felszívóhám
Szövetek: a hámszövet (epitélium)
- ált. minden típusú hámszövet képes felszívásra- speciális: vékonybélhám, emésztés
� pigmenthám- pl. bır vagy szem; festékanyagok
� érzékhám- érzékszervek: érzéksejtek és
támasztószövetek
érzéksejt
támasztósejt
- speciális receptorok
- elsıdleges érzéksejt: az ingerületet az érzéksejt nyúlványa (axon) továbbítjamásodlagos érzéksejt: az ingerületet az érzéksejthez
kapcsolódó (ideg)sejt nyúlványa továbbítja
Szövetek: a kötı- és támasztószövet- legnagyobb mennyiségő és változatosságú szövettípus,
jelentıs sejtközötti állomány
- sejtközötti állomány (ECM, extracelluláris mátrix):• alapállomány + fehérjerostok• ált. a kötıszöveti sejtek szekrétuma• különbözı mechanikai sajátságok
rácsrost
fibroblaszt
eozinofil granulocita*
hízósejt*
neutrofil granulocita*
plazmasejt*zsírsejt
makrofág* (falósejt)
kollagén rost
alapállomány
kapilláris
rugalmas (elasztikus)
rost
*: fehérvérsejtek
- mezodermális (középsı csíralemez) eredet
� kötıszövet
Szövetek: a kötı- és támasztószövet
- szövetek/szervek összekötése, térkitöltés, szervezet belsıközege
- ált. szervezet belsejében; dús érellátás (kivéve porc, ín)- többféle sejttípus: fibroblasztok, makrofágok, limfociták,
plazmasejtek, hízósejtek- rostok: kollagén, rugalmas (elastin, fibrillin) és rácsrostok
(kollagén)
- alapállomány: víz és szerves anyagok (szénhidrátok, fehérjék)
- laza rostos kötıszövet:• bır, nyálkahártya• zsírszövet (sárga, barna)• retikuláris: vérképzı-
és nyirokszervek
zsírszövet
Szövetek: a kötı- és támasztószövet
- tömött rostos kötıszövet:
• inak: rendezett rostlefutás, sok kollagén (fehér); izmok rögzítése a csonthoz, alig nyújtható
� kötıszövet
- több, vastagabb, tömöttebb rostállomány, kevesebb sejt
• elasztikus rostok: rugalmas szerkezet, nyújtható
- fontos mechanikai szerep
- folyékony rostállomány: vér, nyirok- védelem:
• mechanikai, kémiai ártalmak• fertızések
- víz (ld. ödéma), sók, zsír tárolása
Szövetek: a kötı- és támasztószövet
- szilárd sejtközötti állomány� támasztószövet
- porcszövet:- gélszerő alapállomány (kondroitin-szulfát) + kollagén és
elasztikus rostok; érhálózat nincs- mechanikailag ellenállóbb, némileg rugalmas- porcsejtek (kondrociták): alapállomány üregeiben
• üveg v. hyalinporc: ízület, gége, légcsı
• kollagén rostos porc: porckorong
- rugalmas, de törékeny
- merev és ellenálló
• rugalmas rostos porc: fülporc, orr- alak biztosítása, rugalmas
Szövetek: a kötı- és támasztószövet� támasztószövet- csontszövet:
- szilárd sejtközötti állomány: rostok + mészsó- csontsejtek: oszteoblasztok (építı) és oszteoklasztok
(faló)- sejtek vékony nyúlványokkal, csatornákon keresztül
érintkeznek- nagy mechanikai szilárdság, minimális rugalmasság
Szövetek: az izomszövet- izomsejtek (miociták): ATP felhasználásával összehúzódásra
képesek- kontraktilis elem: miofibrillumok (aktin és miozin
filamentumok; ld. késıbb)� simaizom
- orsó alakú, 15-500 µm (mikrométer, 10-6 m) hosszú sejtek
- izomsejtek között kötıszövet, erek ebben futnak
- egy, központi sejtmag; miofibrillumok lefutása nem rendezett
- üreges szervek fala (erek, légutak, gyomor, belek, húlyhólyag, méh, stb)
simaizomrost (simaizomsejt)
sejtmagartéria
sima-izom
- vegetatív (nem akaratlagos) szabályozás, lassú de kitartó összehúzódás
Szövetek: az izomszövet� harántcsíkolt izom- vázizom:
- szívizom:
vázizomrost (vázizomsejt)
sejtmag
haránt-csíkolat
vázizom
szívizom-rost (szívizom-sejt)
sejtmag
szívharántcsíkolat
Eberth-f. vonal
- összeolvadó (szincíciális) sejtek: sok sejtmag, változóhosszúság, 30-80 µm vastagság
- rendezett miofilamentumok- izomrost -> nyaláb -> izom- kötıszövetes burok,
nyalábok között is- akaratlagos szabályozás
- elágazó, egyedi sejtek, rendezett miofilamentumok- Eberth-féle vonalak: sejthatárok, funkcionális
egység (ld. késıbb)
- akarattól független, önálló mőködés + vegetatív szabályozás
Szövetek: az idegszövet- 2 fı sejttípus: idegsejtek (neuron) és gliasejtek
központi idegrendszer
környéki (perifériás) idegrendszer
agy
gerincvel ı
agyidegek
gerincvel ıi idegek
dúcok (ganglionok)
bélidegrendszer (vékonybél)
érzıreceptorok (bır)
- központi és környéki idegrendszer
Az idegszövet fıbb anatómiai felosztása
- agy: ~1011 idegsejt és ~1013 gliasejtgerincvelı: ~108 idegsejt és ~1010 gliasejt
� központi idegrendszer
- szürkeállomány (fıleg idegsejtek sejttestje) és fehérállomány (fıleg idegsejtek nyúlványa - idegrostok)
� környéki (perifériás) idegrendszer- 12 pár (jobb-bal) agyideg: I-XII.
több száz/ezer idegsejt nyúlványa (axon) + kötıszövet + asszociált erek
- 31 pár (jobb-bal) gerincvelıi ideg
- dúcok (ganglionok)• fıleg idegsejtek sejttestje; idegekhez kapcsolódnak
- bélidegrendszer (autonóm idegrendszer; plexus)• emésztırendszert behálózó fonatos ideghálózat
- érzı receptorok
agyszövet:agyhártya (pia mater)
kapilláris
agykamra
koponya
Szövetek: az idegszövet- 2 fı sejttípus: idegsejtek (neuron) és gliasejtek- igen nagyszámú sejt, bonyolult kapcsolatrendszer
oligodendroglia
mikroglia
asztroglia
ependima sejt
asztroglia
mielin (velıs) hüvely
Ranvier-féle befőzıdés
csillókmikrovillusok (mikroboholy)
idegsejt
idegsejt
axon
dendrit
Szövetek: az idegszövet� idegsejtek (részletesen ld. 4. elıadás)
• szürke- és fehérállományban is, nagy mennyiségben� gliasejtek
- asztroglia sejt:• osztódásra képes sejtek (az idegsejtek már nem!)
• az idegsejteknek támasztó és tápláló funkciót biztosít• a vér - agy gát kialakításában részt vesz
- mikroglia sejt:• fagocitózisra képes, elhalt sejtelemek eltávolítása• gyulladási folyamatok, immunválasz
- oligodendroglia sejtek (környéki idegrendszerben Schwann és szatellita sejtek):
• mielin (velıs) hüvely kialakítása az idegsejtek axonjai körül- ependima sejt:
• kamrák, gerincvelıi csatorna üregét bélelik; csilló és mikroboholy
• cerebrospinális folyadék termelése
Szövetek: az idegszövet- legfıbb funkciók:
• érzékelés: külsı és belsı ingerek továbbítása a központi idegrendszer felé agy- vagy gerincvelıi idegek segítségével
• észlelés és integráció: a beérkezı érzı információk összegzése, értékelése, tudatosulása és tárolása
• motoros funkciók:
- agy- és gerincvelıi idegeken keresztül
- az észlelt behatásoknak megfelelı válasz kiváltása a végrehajtó szervek (izmok vagy mirigyek) ingerlésén keresztül
- összehúzódás (izmok) vagy szekréció (mirigyek) kiváltása
Az élı szervezet alapjelenségei� anyagcsere
- felépítı és lebontó folyamatok összessége
� érzékelés és reakció- a környezeti hatásokra történı reagálás
� mozgás- molekuláristól az egyedi szintig
� növekedés- számban és méretben egyaránt
� differenciáció- specializált sejtek, sejttípusok kialakulása
� szaporodás- új sejtek / utódok létrehozása
A homeosztázisBernard (XIX. sz.): belsı környezet fogalma
- az élı szervezet egy folyékony belsı közegben (=extracelluláris folyadék) létezik
- stabilitását biztosítani kellCanon (1926): homeosztázis fogalma
• izoionia: "állandó" ionösszetétel
- „a szervezet azon képessége, hogy belsı állapotának szükséges állandóságát megırizze”
- manapság inkább a dinamikus egyensúly fenntartásaaz életmőködésekben
• izovolémia: "állandó" folyadéktérfogat• izotermia: "állandó" hımérséklet
• izozmózis: "állandó" ozmotikus nyomás• izohidria: "állandó" pH
• izotónia: "állandó" vérnyomás
Az élettani mőködések általános szabályozása• a belsı környezetet átlagos értékekkel jellemezhetjük
21-28,525HCO3-
101-111106Cl-3,4-5,24K+
138-151142Na+
95%-os tartomány (mmol/l)
átlagos koncentráció(mmol/l)
plazmaelektrolitok
• az egyensúlyi tartománytól való eltérés aktiválja a szabályozó folyamatokat („hibajel”)
• a szabályozó folyamatok beindítása az egyes élettani folyamatokra jellemzı „beállítási” (ún. set-point) értékeknél indul meg
• az élettani folyamatokat a szervezet ált. negatív visszacsa-tolással szabályozza, de kialakulhat pozitív visszacsatolás is ("zárt láncú hálózat")
Az élettani mőködések általános szabályozása - a negatív visszacsatolás mőszaki elve
bemenet
("kell"-érték)
komparátor ("összehasonlító")
effektor kimenet
mérı
mintavevı("végrehajtó")
Az élettani mőködések általános szabályozása
TRH
TSH
T4/T3
TRH
TSH
T4/T3
hipotalamusz
hipofízis
pajzsmirigy
+
+
-
-
negatív visszacsatolás
negatív éspozitív visszacsatolás
komplex szabályozórendszerek
fájdalom+
magas vérplazma ozmolaritás
alacsony vérnyo-más
vízvissza-szívás
hipotalamusz neuroszekréciós
sejt
hipofízis hátsólebeny
győjtıcsatorna
hGH
szomatosztatin
IGF1
GHRH
hGH
szomatosztatin
IGF1IGF1
GHRH
hipotalamusz
hipofízis
máj
+-
Ábrák
A központi idegrendszer felépítése
frontális metszési sík
horizontálismetszési sík
gerincvelı agyszövet
szürkeállomány
fehfehéérráállomllomáányny
Az emlıs sejtek alapvetı felépítése
sejtmembrán
sejtmag
citoplazma
mito-kondrium
Golgi komplexsima felszín ő endoplazmás retikulum (SER)
durva felszín őendoplazmás
retikulum (RER)
centroszóma
lizoszómaszekréciós vezikula
ostor csilló
mikroboholy
nukleólusz
Az anyag- és energiaforgalom alapjai
A kémiai reakciók alaptípusai; alapfogalmak
• kémiai energia: olyan helyzeti energia, amely a kémiai kötések és a molekulák formájában tárolódik
• helyzeti vagy mozgási energia - egymásba átalakulhat, de nem veszhet el és nem is keletkezhet (energiamegmaradás törvénye)
• exoterm reakció: több energiát termel, mint amennyit felhasznál (pl. hıtermelés)
endoterm reakció: több energiát használ fel, mint amennyit termel (pl. párologtatás)
• aktivációs energia: a reakciópartnerek eredeti kémiai kötéseinek felbontása ahhoz, hogy az új reakcióvégbemehessen
A kémiai reakciók alaptípusai; alapfogalmak
aktivációs energia
hely
zeti
ener
gia
a reakció lefutása
a reakció-partnerek energiája
a termékek energiája
a reakciólezajlásakor felszabadulóenergia
a reakcióindításához elnyelt energia
hely
zeti
ener
gia
a reakció lefutása
a reakció-partnerek energiája
a termékek energiája
aktivációs energia katalizátor nélkül
aktivációs energia katalizátor jelenlétében
• katalízis (katalizátor): olyan anyagok, melyek a kémiai reakciók lefolyását az aktivációs energiát csökkentve felgyorsítják (pl. enzimek)
A kémiai reakciók alaptípusai; alapfogalmak
� felépítı folyamatok (szintetikus reakciók, anabolizmus, asszimiláció)
� lebontó folyamatok (katabolizmus, disszimiláció)
A + B AB
A + BAB
� kicserélıdési (helyettesítı) folyamatok
AB + CD AC + BD
� reverzibilis (visszafordítható) folyamatok
A + B AB
Szervetlen anyagok és oldatok• egyszerő kémiai szerkezet, ált. nem tartalmaznak szénmolekulát (de pl. CO2, HCO3
-, H2CO3 !)
• ionos vagy kovalens kötések
• testtérfogat ~ 55-60%-a víz, 1-2% szervetlen anyag
� víz (H2O)
• poláros
- nagy kohéziós (összetartó) erı
- nagy hıkapacitás
NaCl kristály
hidratált Na+ ion
hidratált Cl- ion
• a legfontosabb szervetlen alkotóelem
- más poláros vegyületeknek jó oldószer
• hidrolízis: lebontásuk során a makromolekulák vízmolekulá(k) beépítése mellett kisebb egységekre bomlanak
• dehidratáció: vízmolekula kilépése pl. szintézis során
Szervetlen anyagok és oldatok
- sav: H+ és anion (proton donor)
- bázis: OH- és kation (proton akceptor)
sav bázis só
- amfoter: savként és bázisként is viselkedhet (pl. H2O)
• disszociáció: szervetlen anyagok oldódása vízben
HCl + KOH sav bázis
H+ + Cl- + K+ + OH-
disszociált ionokKCl + H2O só víz
• pH: a folyadékok oxóniumion (H+) koncentrációját fejezi ki (mol/l; negatív alapú logaritmus)
- a skála 1 - 14 között
- pH=7: semleges; pH > 7: lúgos; pH < 7: savas
Szervetlen anyagok és oldatok
semleges lúgossavas
• puffer: gyenge savnak (vagy bázisnak) és annak egy erıs savval (vagy bázissal) alkotott sójának oldata (pl. H2CO3)
- állandó pH-értéket biztosít egy rendszerben
- nagy mennyiségő savat/bázist képes befogadni anélkül, hogy az oldat pH-értéke nagymértékben megváltozna
• pH:
mol/liter
Szerves anyagok• mindig tartalmaznak szénmolekulát és ált. hidrogént is (C, H, O, N)
• kovalens kötések
• ált. makromolekulák, legtöbbször szénvázzal
• testtömeg ~ 38-43%-a
• a fontosabb funkcionális csoportok:
*R: változó molekularészlet
hidroxil karbonil karboxil észter amino
foszfáttiol
vagy vagy vagy
Szerves anyagok• monomer - dimer - polimer
• izomer: azonos kémiai összetétel, de eltérı szerkezet
glükóz (C 6H12O6) fruktóz (C 6H12O6)
� szénhidrátok (cukrok, glikogén, keményítı, cellulóz)
• kémiai energia legfıbb forrása: ATP elıállítás
• testtömeg ~ 2-3%-a
• C, H, O tartalom; 2:1 H:O (mint a víz...)
• felépítı folyamatokban ált. kisebb jelentıség (de ld. dezoxiribóz - DNS!)
A szénhidrátok� egyszerő cukrok: mono- és diszacharidok
• monoszacharidok:C3: trióz; C4: tetróz; C5: pentóz; C6: hexóz; C7: heptóz
pentózok
hexózok
dezoxiribóz ribóz
glükóz(szılıcukor)
fruktóz(gyümölcscukor)
galaktóz• diszacharidok:pl. szacharóz, laktóz, maltóz szacharóz
glükóz fruktóz+
szacharóz
glükóz fruktóz+� összetett cukrok: poliszacharidok
glükóz monomer
- hidrolízissel bonthatóak
- ált. nem édesek, vízben oldhatatlanok
• glikogén: glükóz monomerek (máj, vázizom)
glikogén
• keményítı (növények)
• cellulóz (növények; nem emészthetı)
A zsírok• sovány felnıttekben testtömeg ~ 18-25%-a
• C, H, O tartalom, de arányaiban kevesebb O atom: vízben oldhatatlan (hidrofób; apoláros)
• jobb oldhatóságért poláros / hidrofil csoportok: pl. lipoprotein (zsírsav + fehérje); foszfolipid (zsírsav + glicerol + foszfát csoport)
� zsírsavak
- triglicerid és foszfolipid szintézisben szerep, ill. lebontásukkal ATP termelés
- telített és telítetlen: egyes és kettıs kötések (cis/trans)
palmitilsav
olajsav
A zsírok� trigliceridek
- leggyakoribb a testben és a táplálékban is
- glicerol (C3H8O3) + 3 zsírsavláncból dehidratációval; 3 észter kötés
glicerol
zsírsav
- halmazállapot a telítetlen kötésektıl függ (zsír - olaj)
- leghatékonyabb energiaraktár.....
- a többszörösen telítetlen zsírsavak (pl. omega-3, omega-6) egészségesebbek (de csak a cis ! a trans még jobban árthat; ld. sütıolaj)
A zsírok� foszfolipidek
- glicerol + 2 zsírsavlánc + foszfát csoport
poláros fej
foszfát csoport
apoláros farok
apolfarok
poláros fej
foszfát csoport
apoláros farok
apolfarok
- amfipatikus szerkezet: poláros fej + apoláros oldalláncok; ld. sejtmembrán
� szteroidok
- szteránvázas vegyületek: győrős szerkezet
hidroxil csoport
4 győrő
szénhidrát oldallánc
koleszterinhidroxil csoport
4 győrő
szénhidrát oldallánc
koleszterin
- koleszterinbıl számos szteroid szintézise (pl. nemi hormonok)
- gyengén amfipatikus: hidroxil csoport
� prosztaglandin, leukotrién, β-karotin, D, E, K vitamin.....
A fehérjék• sovány felnıttekben testtömeg ~ 12-18%-a
• C, H, O, N, (S) tartalom
• igen sokféle szerkezet és funkció (enzimek, motor és vázfehérjék, hormonok, ellenanyagok, szállító moleulák, stb)
• monomer: aminosav (20 féle)R: oldallánc
amino (NH2) csoport
karboxil (COOH) csoport
tirozintirozinglicinglicin
- eltérı oldallánc, eltérıszerkezet
• peptid kötés
glicin alanin glicilalanin (dipeptid)
peptid kötésdehidratáció(szintézis)
hidrolízis
A fehérjék• térszerkezet:
- elsıdleges - másodlagos - harmadlagos - negyedleges
elsıdleges
másodlagos
harmadlagos
negyedleges
αααα-hélix ββββ-redı
• enzimek: - katalizátorok
H2Oenzim szubsztrát
termék
aktív centrum
A nukleinsavak
• C, H, O, N, P tartalom
• makromolekulák: DNS (dezoxiribonukleinsav)RNS (ribonukleinsav; rRNS, tRNS, mRNS)
• monomer: nukleotid- N tartalmú szerves bázisok: purinok (kettıs győrő)
pirimidinek (egyes győrő)
adeninguanin
timintimin, citozincitozin
- pentóz: C5 cukrok; dezoxiribdezoxiribóózz (DNS) vagy ribribóózz (RNS)
- foszforsav (foszfát csoport; PO43-)
uracil (RNS)
AA
G
TT
CC
• nukleozid: szerves bázishoz kapcsolódó ribóz (adenozin, guanozin, timidin, citidin)
A DNS szerkezete• 1953, Watson és Crick: kettıs hélix
- "spirális létra" vagy "csigalépcsı"; 2 ellentétes DNS szál (kódoló/nem kódoló)
elsı szál második szál
foszfát csoport
dezoxiribdezoxiribóózz
hidrogén kötés
elsı szál második szál
foszfát csoport
dezoxiribdezoxiribóózz
hidrogén kötés
pentóz-foszfát váz
pentóz-foszfát váz
adeninguanintimincitozin
szerves bázisok
adeninguanintimincitozin
szerves bázisok
- eltérı szerves bázisok: bázissorrend
- replikáció: a DNS szál megkettızıdése (DNS polimeráz)
- lánckonformáció: hidrogén hidak; A-T, G-C
- észterkötés egy nukleotid foszfát csoportja és a következı nukleotid 3. szénatomja között: pentóz-foszfát váz
Az RNS szerkezete• monomer: ribonukleotid
• egy lánc, de a láncon belül kialakulhatnak H-hidak (spec. térszerkezet; "hajtő")
• dezoxiribóz helyett ribóz; timin helyett uracil (U)
� mRNS (messenger; hírvivı mRNS)
- fehérjeszintézis (transzláció) templátja
mRNS
tRNS
� rRNS ( riboszomális RNS)- riboszómák alkotóeleme a fehérjék mellett
� tRNS ( transzfer RNS)- speciális "lóhere" térszerkezet; észter kötéssel specifikusan köt a szállítandóaminosavhoz
- mRNS-en lévı triplet (3 bázispár; kodon) felismerése: antikodon
A kémiai energia tárolása - nagy energiájúkötések
• ATP: adenozin trifoszfát
adenin
ribribóózz
adenozin
foszfát csoport
adenozin difoszfát (ADP)
adenozin trifoszfát (ATP)
36 kJ/mol energiafelszabadulásATP ADP + P i AMP + PP i
hidrolízis hidrolízis
+H2O +H2O
- ATPáz: ATP hidrolízise
- ATP szintáz: ATP (újra)szintézise
- központi jelentıség: mozgékony foszfátcsoport, nagy energiatartalom, kis méret
A fıbb lebontó útvonalak
• energiatermelı folyamatok:
A lebontó folyamatok
- kémiai energia (ATP) raktározása vagy hıenergia felszabadulása
• redox folyamatok- oxidáció: egy atom vagy molekula elektronleadása
COOH
C OH
CH3
H
COOH
C O
CH3
oxidáció
-2H
tejsav piroszılısav
+2Hredukció
- redukció: egy atom vagy molekula elektronfelvétele
• koenzimek a H szállítására:- NAD+ / NADH (nikotinamid-adenin-dinukleotid;
glükolízis, citromsavciklus)
NAD
- FAD / FADH2 (flavin-adenin-dinukleotid; citromsavciklus)
- NADP+ / NADPH (nikotinamid-adenin-dinukleotid-foszfát; zsírsav és nukleotid szintézis)
• glükóz oxidációja: ATP termelés
A szénhidrátok lebontása
- biológiai oxidáció (sejtlégzés): oxigén felhasználásával
- anaerob (O2 nélkül) erjedés: 2 ATP/glükóz (+tejsav/etanol)
1. glükolízis: glükózból (C6) 2 piroszılısav (2 C3) + 2 ATP + 2 NADH
2. acetil koenzimA (2 C2) készítés: 2CO2 és 2NADH felszabadulás
3. citromsav (Szentgyörgyi-Krebs) ciklus: acetilcsoport több lépcsıs oxidációja; 2 ATP + 4 CO2 + 6 NADH + 2 FADH felszabadulása
4. terminális oxidáció: 6 O2 felhasználásával NADH/FADH lépcsızetes oxidációja; 32 ATP és 6 H2O felszabadulás
Σ: 1 glükóz 36 ATP + 6CO2 + 6H2O
A biológiai oxidáció és az anaerob erjedés
1
NADH + 2 H+
2
2
2 pirosz ılısav
1 glükóz
ATP
C6
2 C3
glükolízis
+ 2 H+NADH
CO2
2 Acetil koenzim A
2
1
NADH + 2 H+
glükolízis2 pirosz ılısav
1 glükóz
ATP
C6
2 C3
Acetil-koenzimA kialakítása 2 C2
2
2
2
2
+ 6 H+
CO2
FADH2
NADH
2
4
6
2
ATP
3
+ 2 H+NADH
CO22
2
2 Acetil koenzim A
2
1
NADH + 2 H+
glükolízis2 pirosz ılısav
1 glükóz
ATP
C6
2 C3
Acetil-koenzimA kialakítása 2 C2
citromsav (Krebs) ciklus
2
2
e–
e–
e–
O26
6 H2O
elektronokATP
4
+ 6 H+
CO2
FADH2
NADH
2
4
6
2
ATP
3
+ 2 H+NADH
CO22
2
2 Acetil koenzim A
2
1
NADH + 2 H+
glükolízis2 pirosz ılısav
1 glükóz
ATP
C6
2 C3
Acetil-koenzimA kialakítása 2 C2
citromsav (Krebs) ciklus
2
2
terminális oxidáció
32
Σ: 1 glükóz (C6H12O6) 36 ATP + 6CO2 + 6H2O+ 6 O2
+ 36 ADP + P i
Σ: 1 glükóz (C6H12O6) 2 ATP + 2 tejsavO2 nélkül
+ 2 ADP + P i
tejsav
etanol
(izom)
(baktériumok)
O2 hiányában
2 C3
2 C2
CO22
A glükóz-átalakulás további lehetséges útvonalai
� glükoneogenezis- glikogén raktárak kiürülése után glükóz elıállítása egyes aminosavakból, tejsavból vagy glicerolból (zsírok) : glükózmolekulák re-(újra) szintézise
� glikogenezis- ha azonnali ATP termelésre nincs szüksége a szervezetnek, a felesleges glükóz glikogénné alakul és raktározódik (máj, vázizom)
� glikogenolízis- glikogén raktárak lebontása, glükóz felszabadítása a véráramba szükség esetén
A zsírok lebontása• zsírok glicerin + zsírsavak
glükolízis oxidációs lépések: C2 lehasadás
acilcsoportok koenzim A-hoz kapcsolódása; belépés a citromsavciklusba
A fehérjék lebontása• fehérjék aminosavak
aminocsoportok levágása, N
kiválasztás/körforgás
koenzim A-hoz vagy citromsavciklushozkapcsolódás
A nukleinsavak lebontása• nukleinsav nukleotidok
aminocsoportok levágása, N kiválasztás/körforgás
foszfátcsoport glükolízisbe kapcsolódik
pentóz átalakulás után glükolízisbe kapcsolódik
Ábrák
A monoszacharidok
pentózok
hexózok
dezoxiribóz ribóz
glükóz(szılıcukor)
fruktóz(gyümölcscukor)
galaktóz
A diszacharidok
szacharóz
glükóz fruktóz+
galaktóz glükóz+
laktóz (tejcukor)
glükóz+glükóz
maltóz
A trigliceridek
glicerol molekulaglicerol molekula
zsírsav molekula
észter kötés
triglicerid
palmitilsav
sztearátsav
oleátsav +
+
+
dehidratáció
A foszfolipidek
sejtmembrán
poláros fej
poláros fej
poláros fej
poláros fej
foszfát csoport
apoláros farok
apoláros farok
apoláros farok
sejtmembrán
poláros fej
poláros fej
poláros fej
poláros fej
foszfát csoport
apoláros farok
apoláros farok
apoláros farok
A szteroidok
tesztoszteron
kortizol
koleszterin
ösztrogén
szénhidrát farok
hidroxil csoport
4 győrő
Az aminosavak
tölté
s né
lkül
ipo
láro
s,
tölté
s né
lkül
itö
ltéss
el
rend
elke
zı
valinglicin leucin
cisztein prolinmetionin izoleucin
tripto-fán
fenil-alanin
alanin
szerin treonin tirozin
aszpa-ragin
gluta-min
hiszti-din
aszpara-ginsav
glutamin-sav
lizin arginin
A nukleotidok
timin (T)timin (T) adenin (A)
citozin (C)citozin (C)
purinpirimidinpirimidin
foszfát csoport
foszfát csoport
dezoxiribdezoxirib óóz z (pent(pent óóz; cukor)z; cukor)
guanin (G)
A DNS kettıs spirál
adeninguanintimincitozin
szerves bázisok
adeninguanintimincitozin
szerves bázisok
elsı szál második szál
foszfát csoport
dezoxiribdezoxiribóózz
hidrogén kötés
elsı szál második szál
foszfát csoport
dezoxiribdezoxiribóózz
hidrogén kötés
pentóz-foszfát váz
pentóz-foszfát váz
A transzportfolyamatok és a sejtek közötti kommunikáció
A sejtmembrán
• protektív és szelektív barrier
• kompartmentalizáció: sejtfelszín éssejtorganellumok borítása
• XIX. sz. Nageli "plazma membrán" (festékdiffúzió, ozmózis)
• konkrét bizonyíték: 1930-as évektıl, elektronmikroszkópia
elképzelések a sejtmembrán szerkezetérıl
1926
1943
1972
2001
poláros csoportokszénhidrát
poláros csoportok
fehérjezsírsav
• 1972, Singer és Nicholson: folyékony mozaik membrán
• zsírok (lipid kettısréteg) + beágyazott fehérjék
• 6 - 8 nm (nanométer; 10-9 m) vastagság
foszfolipidek:
poláros fej (hidrofil)
poláros fej (hidrofil)
zsírsavláncok (hidrofób)
koleszterin
fehérjék
extracelluláris
intracelluláris
cukor oldallánc
A sejtmembrán
glikoprotein
glikolipid
A lipid kettısrétegamfipatikus molekulák
- csak külsı membránfelszínen!
- glicero-3-foszfát származékok, 2 apoláros zsírsavlánc
- membrán-fluiditás szabályozása• hımérséklet
poláros fej
foszfát csoport
apoláros farok
apolfarok
poláros fej
foszfát csoport
apoláros farok
apolfarok
� foszfolipidek (foszfogliceridek)
- leggyakoribb membránalkotó; ER-ban szintetizált
pl. vércsoport-oldalláncok
• lipidek, ill. hidrofób láncok összetétele (rövid vagy telítetlen lánc – folyékonyabb szerkezet)
O antigén
A antigén B antigén
� glikolipidek: zsírsav + cukor molekulák
� szteránvázas vegyületek (pl. koleszterin)
Membránfehérjék� integráns membránfehérjék
� asszociált v. perifériás membránfehérjék
- transzport-funkció
• csak az egyik oldalon ágyazódnak be a membránba
• szerepük:
• szerepük:
extracelluláris tér
citoszol
apoláros, hidrofób rész
perifériás integránspoláros, hidrofil rész
• ált. glikoproteinek (cukor + fehérje); glikozilált rész extracellulárisan
• hidrofób transzmembrán szerkezet
- receptor ("jelfogó")
- rögzítı, horgonyzó funkció(adhéziós molekulák)
- enzimek- jelátvivı (szignál) molekulák
• endocitózis: anyagfelvétel hólyagocskák (vezikulák) segítségével; pinocitózis, fagocitózis
• exocitózis: anyagleadáshólyagocskák (vezikulák) segítségével
Speciális transzportfolyamatok vezikulákkal
endocitózis exocitózis
• állandó folyamat: membrán körforgás, sejtszervecskék újragenerálása
lizoszóma endoszóma
endoszóma
szekréciós vezikulák
lefőzıdött membrán-hólyagok
membrán körforgás
Golgi komplex
RER
Anyagtranszport a sejtmembránon keresztül • az átjutás mértékét megszabja az
- anyag mérete- anyag töltése, polaritása
- olaj/víz megoszlási hányados
• a transzporttípusok fıbb csoportosítása:
passzív transzport aktív transzport- energiaigény szerint:
- szállítás mechanizmusa szerint:
szállító molekula nélkülszállító molekula segítségével
diffúziópumpa fehérjék
facilitált diffúzió /
transzporterion-csatorna
ált. szelektív és szabályozott
Anyagtranszport a sejtmembránon keresztül � diffúzió (passzív transzport)
• az oldatban (a sejtmembránon keresztül) az oldott anyag a koncentrációgradiensnek megfelelıen mozog
• sebessége függ- a két oldal közötti koncentrációkülönbségtıl
- a hımérséklettıl
- a diffundáló anyag méretétıl
- a diffúziós felület méretétıl (ld. tüdı)
- a diffúziós távolságtól• ált. apoláros, hidrofób anyagok transzportja
- gázok (O2, CO2)
- zsírok, szteroidok
• kis mérető, de töltéssel rendelkezı molekulák is (pl. víz, alkohol)
félig áteresztı (szemipermeábilis) hártya
víz (oldószer) oldott
anyag
• ozmózis: a vízmolekula diffúziója a sejtmembránon keresztül
Anyagtranszport a sejtmembránon keresztül � diffúzió (passzív transzport)
• a sejtmembrán számos anyagra nézve nem átjárható, de a víz szabadon át tud jutni: szemipermeábilis v. félig áteresztı
• hidrosztatikai nyomás: a vízmozgás miatt megnövekedett nyomás; egyensúlyi állapotban ez az ozmotikus nyomással azonos, de ellentétes irányú
• ozmózis (folyt.)
Anyagtranszport a sejtmembránon keresztül
- ált. az extra- és intracelluláris oldat azonos ozmotikus nyomású: izotóniás oldat
pl. vörösvértest fiziológiás sóoldatban (0,9 % NaCl)
- ha az extracelluláris oldat alacsonyabb ozmotikus nyomású, mint az intracelluláris: hipotóniás oldat
pl. vörösvértest olyan sóoldatban, amely koncentrációja < 0,9 % NaCl
- ha az extracelluláris oldat magasabb ozmotikus nyomású, mint az intracelluláris: hipertóniás oldat
mivel az oldott anyag nem tud a sejtbe bejutni, passzív vízkiáramlás indul meg: zsugorodás
pl. vörösvértest olyan sóoldatban, amely koncentrációja > 0,9 % NaCl
víz be
víz ki
víz be
víz ki
víz be
víz ki
pl. sportitalok: rehidratáció
pl. agyödéma ellen
mivel az oldott anyag nem tud a sejtbıl távozni, passzív vízbeáramlás indul meg: duzzadás
Anyagtranszport a sejtmembránon keresztül � ioncsatorna: ionok diffúziója (passzív transzport)
• transzmembrán fehérjék: pórusos (csatorna) térszerkezet, ált. zárt alapállapot
• nyitott állapotban anyagáramlás az adott ion elektrokémiai (kémiai, elektromos) gradiensének irányába (ld. membránpotenciál)
• feszültségfüggı (a membrán 2 oldala közötti feszültség-különbség szabályozza; ld. akciós potenciál)
• ligandvezérelt (a receptorhoz bekötıdı ligandum szabályozza; ld. ideg-izom szinapszis)
• az ionok töltése és mérete alapján szelektívátjutás
• nyitás/zárás szabályozása:• mechanoszenzitív (mechanikai hatás: nyújtás, nyomás)
Anyagtranszport a sejtmembránon keresztül � facilitált diffúzió (passzív transzport)
• az anyag csak a szállító (transzporter) fehérje konformációváltozásával tud átjutni; nincs nyitott pórus-szerkezet
• reverzibilis konformáció változás, ATP felhasználás nélkül
• szállítás szerinti osztályozás:
- uniporter (pl. glükóz transzporter)
- antiporter vagy kicserélı transzporter(pl. Na+-Ca2+ antiporter)
- szimporter vagy kotranszporter(pl. Na+-Cl- kotranszporter)
• átjutás az anyag koncentráció-gradiensének megfelelıenuniporter
szimporter
antiporter
Anyagtranszport a sejtmembránon keresztül � pumpa fehérjék (aktív transzport)
• szállítás az anyag koncentrációgradiensével szemben -közvetlen vagy közvetett energiafelhasználás
- elsıdleges aktív transzport: az ATP hidrolízisét a szállítófehérje maga végzi; ionpumpa (pl. Na-K ionpumpa vagy Na+-K+
ATPáz)
- másodlagos aktív transzport: közvetett energiaigény; a transzportot egy másik pumpa által létrehozott iongradiens tartja fent (pl. Na+- glükóz kotranszporter)
sok Na+
sok K+
Na-K pumpa 3 Na+ leadás
2 K+
felvétel
szövet közötti tér
bazolaterális membrán
bélüreg
apikális membrán
A transzportfolyamatokban részt vevımembránfehérjék osztályozása
pumpa transzporter csatorna
ellen szerintszerint*
van nincs nincs
sok
specificitás
sebesség (ion/s)
koncentráció
energiaigény
ion/konformációs változás
teljes közepes kicsi
lassú (100) közepes (<1000) gyors (106)
~1 ~1 (esetleg más ionokat is mozgat)
ATP
passzív diffúzió
elektrokémiai gradiens szerint (csatorna )
szállító molekulán (transzporter en) át
másodlagos aktív transzport az elektrokémiai gradienssel szemben -a másik ion elektrokémia hajtóereje hajtja (transzporter )
elsıdleges aktív transzport az elektrokémiai gradienssel szemben (pumpa )
aktív transzport
passzív transzport
A transzportfolyamatok típusai
facilitált diffúzió
A sejtek közötti kémiai kommunikáció
extracelluláris tértranszmembrán fehérje
alegységek: connexin
lipid kettıs réteg
citoplazmás oldal
rés-kapcsolatok
A sejtek közötti anyag- és információforgalom•soksejtőekben összehangolt információcsere
I. A sejtek közötti direkt (közvetlen) kommunikáció• közvetlen kapcsolat: rés-kapcsolat vagy gap junction
• ingerlékeny sejteknél elektromos szinapszis (ld. szívizom)
• kis molekulák közvetlen anyagforgalma: < 2 nm (10-9 m) pórusátmérı
ionok, aminosavak, cukrok, nukleotidok fehérjék,
nukleinsavak
II. A sejtek közötti indirekt (közvetett) kommunikáció
• a kémiai anyag közvetítése a jeladó - jel - csatorna - jelfogórendszerben
1. jeladó• specializált ideg- és mirigysejtek, de más sejttípusoknál
is gyakori
- autokrin
- parakrin- endokrin /
neuroendokrin
- neurokrin szövet közötti tér
szöveti hormonautokrin hatás parakrin hatás
szövet közötti tér
szöveti hormonautokrin hatás parakrin hatás
véráram
hormon
endokrin hatás
neuroendokrin hatás
célsejt
hormon molekulák
véráram
hormon
endokrin hatás
neuroendokrin hatás
célsejt
hormon molekulák
posztszinaptikus sejt
szinaptikus rés
neurokrin hatás neurotranszmitter
posztszinaptikus sejt
szinaptikus rés
neurokrin hatás
posztszinaptikus sejt
szinaptikus rés
neurokrin hatás neurotranszmitter
• a szekréció típusa lehet
- gáznemő, szabadon diffundáló molekulák (pl. CO, NO)
- sejtfelszíni molekulák (adhéziós fehérjék, glikolipidek, glikoproteinek)
2. jel (ligandum)
• biogén aminok: katekolaminok (noradrenalin, adrenalin, dopamin); észterek (ACh)
- apoláros, plazmamembránon szabadon átjutó anyagok• szteránvázas vegyületek, retinoidok
- elsıdleges hírvivık, membránreceptorhoz kötıdı
• aminosavak (glutaminsav, tiroxin, GABA, glicin)
• nukleotidok és származékaik (ATP, adenozin)
• kis peptidek, fehérjék
II. A sejtek közötti indirekt (közvetett) kommunikáció
szövet közötti tér
szöveti hormonautokrin hatás parakrin hatás
szövet közötti tér
szöveti hormonautokrin hatás parakrin hatás
véráram
hormon
endokrin hatás
neuroendokrin hatás
célsejt
hormon molekulák
véráram
hormon
endokrin hatás
neuroendokrin hatás
célsejt
hormon molekulák
posztszinaptikus sejt
szinaptikus rés
neurokrin hatás neurotranszmitter
posztszinaptikus sejt
szinaptikus rés
neurokrin hatás
posztszinaptikus sejt
szinaptikus rés
neurokrin hatás neurotranszmitter
3. csatorna- szövet közötti tér (szöveti hormon)
- véráram (hormon)
- szinaptikus rés (neurotranszmitter)
• "reszponzív elemeken" keresztül közvetlenDNS-kötés és génexpresszió-reguláló hatás
- intracelluláris receptor
4. jelfogó (receptor)
• lipid oldékony vegyületek (pl. szteroidok)
• citoplazmatikus kötı fehérjék
• ált. lassú hatás (órák; ld. transzkripció / transzláció)
II. A sejtek közötti indirekt (közvetett) kommunikáció
szteroid
sejtmagsejtmag
citoplazmacitoplazma
DNSDNS RNSRNS
hormon receptor
citoplazmás kötı fehérje
szteroid
sejtmagsejtmag
citoplazmacitoplazma
DNSDNS RNSRNS
hormon receptor
citoplazmás kötı fehérje
- membrán receptor
• ún. ligand-vezérelt ioncsatorna (pl. AchR)
• lassabb, metabolikus folyamatok
• másodlagos hírvivı lehet:
4. jelfogó (receptor; folyt. )
ionotróp receptor: jelmolekula bekötése ioncsatornát nyit/zár
• közvetlen anyagtranszport nélküli információtovábbítás: másodlagos hírvivı (messenger) molekulák
metabotrop receptor: jelmolekula bekötése citoplazmatikus folyamatokat indít be/állít le
II. A sejtek közötti indirekt (közvetett) kommunikáció
ligandum
protein kináz A
sejtmőködés megváltozása
foszforilációs lépések
ligandum
protein kináz A
sejtmőködés megváltozása
foszforilációs lépések
Na+
ligandum (pl. ACh)
Na+
X
ligand-kötés hatására konformációváltozás
Na+
ligandum (pl. ACh)
Na+
X
ligand-kötés hatására konformációváltozás
• gyors neurotranszmisszió; ideg- és izomsejteken
- cAMP, cGMP (ciklikus AMP/GMP)
- DAG (diacil-glicerol), IP3 (inozitol-trifoszfát)- Ca2+
Ábrák
A Na-K ionpumpa (Na-K ATPáz)
iongradiens
sok Na+
sok K+
Na-K pumpa 3 Na+ leadás
2 K+
felvétel
A másodlagos aktív transzport
(Na-glükóz kotranszporter)
bélhámsejt
szövet közötti tér
bazolaterális membrán
bélüreg
apikális membrán
A sejtek közötti indirekt kommunikáció
szövet közötti tér
szöveti hormonautokrin hatás parakrin hatás
véráram
hormon
endokrin hatás
neuroendokrin hatás
célsejt
hormon molekulák
posztszinaptikus sejt
szinaptikus rés
neurokrin hatás neurotranszmitter
A ligand-vezérelt receptorok
szteroid
sejtmagsejtmag
citoplazmacitoplazma
DNSDNS RNSRNS
hormon receptor
citoplazmás kötı fehérje
szteroid
sejtmagsejtmag
citoplazmacitoplazma
DNSDNS RNSRNS
hormon receptor
citoplazmás kötı fehérje
intracelluláris receptor membrán receptor- ionotróp
Na+
ligandum (pl. ACh)
Na+
X
ligand-kötés hatására konformációváltozás
Na+
ligandum (pl. ACh)
Na+
X
ligand-kötés hatására konformációváltozás
ligandum
protein kináz A
sejtmőködés megváltozása
foszforilációs lépések
ligandum
protein kináz A
sejtmőködés megváltozása
foszforilációs lépések
adenilát-cikláz aktiválása
jel
receptor
G-fehérje
cAMP termelés
sejtmőködés megváltozása
A ligand-vezérelt receptorokmembrán receptor
- metabotróp
Másodlagos hírvivı rendszerek (pl.)
foszfolipáz C (PLC) aktiválásajel receptor
DAG, IP3 termelés sejtmőködés megváltozása
G-fehérje
(diacil-glicerol; inozitol-trifoszfát)
ligandum
- metabotróp hatás
guanilát-cikláz, más fehérjék aktiválása
elektromos vagy kémiai jel
ioncsatorna nyitása
Ca++ beáramlás a sejtbe
sejtmőködés megváltozása
- ionotrop hatás:
Másodlagos hírvivı rendszerek (pl.)
ligandum kötése v. membrán-potenciál változás
Elektromos alapjelenségek: a membránpotenciál és az
akciós potenciál
A sejtek membránpotenciálja (MP)• XVIII. sz. Galvani, Aldani: "állati elektromosság"
az izom és az idegszövet elektromosan ingerlékeny az izom és az idegszövet
elektromosan vezetıképes
• 1939, Hodgkin és Huxley: akciós potenciál alapjai kalmár óriás axonon
ideg
rézcink
ideg
elroncsolt izompólya
elernyedt izom
összehúzódott izom
ideg
réz
cink
elernyedt izom összehúzódott
izom
galvánelem
• nyugalomban valamennyi élı sejt belseje negatív a külsıfelszínhez képest: negatív nyugalmi potenciál (Em: -30 és -90 mV között)
• az ingerlékeny sejtekben (ideg-, izom- és egyes érzéksejtek) átmenetileg pozitív akciós potenciál alakulhat ki
A sejtek membránpotenciálja (MP)
mérıelektród
referencia elektród
sóoldat
mérı elektród a sejt belsejében
transzmembrán potenciál
• a sejt besejében negatív töltéső, nem diffundáló ionok (fehérjék, nukleinsavak) vannak
• egyenlıtlen ioneloszlás a membrán két oldalán: a sejt belsejében magas K+ és alacsony Na+ koncentráció
A membránpotenciál kialakulásának fı okai
• folyamatosan mőködı K-Na ionpumpa: Na+ ionokat kifelé, K+
ionokat befelé szállítja (elektrogén: 3Na+ / 2K+)• szelektív membránpermeabilitás: a sejtmembrán K+ ionokra nézve sokkal átjárhatóbb, mint Na+ ionokra (Na+-ra nézve majdnem inpermeábilis)
citoplazma extracelluláris tér
[Na+]
[K+]
[Ca2+]
[Cl-]
[anionok-]mM koncentráció 10 mM 120 mM
140 mM 2,5 mM
<10-3 mM (<mikromól) 2mM3-4 mM 120 mM
140 mM
<
<<
>
A membránpotenciál kialakulásának fı okaiextracelluláris folyadék
citoplazma
Cl-
Na+
K+
fehérje
foszfát anion
K+ szivárgási csatorna Na+ szivárgási csatorna
• szivárgási csatorna: folyamatosan nyitva lévı ioncsatornák (K+ -ból sokkal több, mint Na+ -ból)
ha I. és II. oldal között nincs elektromos potenciál-különbség, a két térfél között az ionok koncentrációja kiegyenlítıdik
ha I.-be nem diffundáló, negatív töltésőmakromolekula (A-) kerül, a K+ és Cl-ionok aránya megváltozik: a K+
koncentrációja megnı az I. oldalon (Donnan-egyensúly)
A Donnan-egyensúlyegyensúly
[K+] = [K +]
[Cl -] = [Cl -]
egyensúly
[K+] > [K +]
[Cl -] < [Cl -]
A-
"hajtóerık":1. az adott ionok koncentráció-különbsége (kémiai
koncentráció-gradiens)2. a membrán két oldala között kialakuló töltéskülönbség,
azaz az elektromos gradiens
Egyensúlyi állapotban az elektromos és a kémiai koncentrációgradiens szabadenergia-változása egyenlı és ellentétes irányú. Ennek alapján bármely ion egyensúlyi potenciálja kiszámítható a membrán két oldalán megfigyelhetıkoncentrációviszonyokból, függetlenül attól, hogy az adott ionra nézve permeábilis-e a membrán.
[ ][ ]
[ ][ ]+
+
+
+
=
=
+
+
belsı
külsıK
belsı
külsıK
K
KE
K
K
zF
RTE
log58
lnNernst egyenlet; a K+ ion egyensúlyi (ekvilibrium) potenciálja
25C-on, átrendezve:
azaz EK+=-75,5 mV
(ENa+=+55,9 mV)
Az egyensúlyi potenciál
a sejtmembrán azonban nem csak egy ionra nézve permeábilis; a permeabilitási különbségeket a permeabilitási konstansok (Pion) adják meg. Ennek alapján a membránpotenciál értéke:
)(
)(log58
)(
)(ln
külsıClbelsıNabelsıK
belsıClkülsıNakülsıKm
külsıClbelsıNabelsıK
belsıClkülsıNakülsıKm
ClpNapKp
ClpNapKpE
ClpNapKp
ClpNapKp
F
RTE
−++
−++
−++
−++
++++=
++++= [mV]
[mV]
Goldman-Hodgkin-Katz (GHK) egyenlet
azaz átrendezve:
vázizomban: Em=-90 mV
def: Egy ion egyensúlyi potenciálja az a membránpotenciál érték, ahol az adott ion koncentráció-gradiensének megfelelı vándorlása és a sejtmembrán elektromos töltése egyensúlyban van.
A nyugalmi membránpotenciál kiszámítása
Alapfogalmak
helyi (lokális) potenciál: a sejtmembrán kis részletén átmenetileg kialakuló potenciálváltozás
1-2: hiperpolarizáció
3: de- vagy hipopolarizáció
túllövés
repolarizáció
nyugalmi membránpotenciál
mem
bránpotenciál (mV)
a transzmembrán potenciál "megfordulása": a sejt belseje pozitívabb lesz
a membrán 2 felszíne közötti potenciálkülönb-ség csökken - a sejt belseje kevésbé negatív
a membrán 2 felszíne közötti potenciálkülönbség nı - a sejt belseje negatívabb lesz
a nyugalmi transzmembrán-potenciál visszaállása
*: az a feszültség-érték, ahol az akciós potenciál kiváltódik
a sejt nyugalmi állapotára jellemzı membránpotenciál
küszöb potenciál*
A helyi (lokális) potenciálok
• ioncsatorna nyitása külsı ingerre: a membrán adott pontján lokalizált, átmenetileg megváltozó töltésviszonyok
• ionvándorlás az elektrokémiai hajtóerı alapján, a transzmembrán potenciáltól függı irányba (K+ változó; Na+, Ca2+ált. befelé, Cl- ált. kifelé)
nyugalmi mp.
EPSP[mV]
nyugalmi mp.
EPSP[mV]
nyugalmi mp.
IPSP
[mV]
nyugalmi mp.
IPSP
[mV]
• hipopolarizáció: serkentı, excitatorikus potenciál (EPSP -excitatórikus posztszinaptikus potenciál)
• hiperpolarizáció: gátló, inhibitoros potenciál (IPSP -inhibitoros posztszinaptikus potenciál)
• a lokális potenciál gradálható: nagyobb ingerintenzitás (azaz pl. több receptor aktivációja) nagyobb potenciálváltozást vált ki
• receptorpotenciál: az érzısejt membránjában ingerlés hatására kialakuló lokális potenciál -gradálható jelleg igen fontos
• tér- és idıbeli szummáció: a helyi potenciálok összegzıdése
A helyi (lokális) potenciálok
• ingerlékeny sejtek: ha a helyi potenciál eléri a küszöbpotenciált, akciós potenciál alakul ki
[mV
]
nyugalmi mp.
EPSP
nyugalmi mp.
mem
brán
-po
teni
ciál
[mV
]in
gere
rı
sség
EPSP EPSP EPSP
Az akciós potenciál (AP)
• ingerlékeny sejtek membránján: ideg-, izomsejtek, egyes receptorok vagy szekréciós sejtek
• küszöb feletti inger: EPSP meghaladja a küszöb potenciált, gyors depolarizáció
• sejttípusra jellemzı, állandó alak és idıbeli lefutásm
embr
ánpo
tenc
iál [
mV
]
depolarizáció
küszöb potenciál
nyugalmi membránpotenciál
repolarizációdepolarizáció
utó-hiperpolarizáció
Az akciós potenciál kialakulása
közvetlen elızménye: a helyi potenciál megváltozása (hipopolarizáció)
ha a hipopolarizáció mértéke eléri a küszöb potenciált:
1. gyors, TTX (tetradotoxin)-szenzitív, feszültség-függı Na+ csatornák rövid idıre kinyitnak
gyors Na+ beáramlás: depolarizáció
a feszültség-függı csatornák bezáródása után a nyugalmi membránpotenciált a folyamatosan mőködı K-Na pumpa állítja vissza
2. késıi, feszültség-függı K+ csatornák nyitnak
Na+ csatorna K+ csatorna
gyors K+ kiáramlás: re- és hiperpolarizáció
mem
brán
pote
nciá
l [m
V]
depolarizáció
küszöb potenciál
nyugalmi membránpotenciál
repolarizációdepolarizáció
utó-hiperpolarizáció
mem
brán
pote
nciá
l [m
V]
depolarizáció
küszöb potenciál
nyugalmi membránpotenciál
repolarizációdepolarizáció
utó-hiperpolarizáció
abszolút refrakter periódus: a Na+ csatornák inaktivált állapota miatt egyáltalán nemváltható ki újabb AP
Az akciós potenciál jellemzıi
relatív refrakter periódus: a hiperpolarizáció miatt korlátozottan, csak nagyobb ingerrel váltható ki újabb AP
abszolút refr. st.
relatív refr. st.
- feszültség-függı Ca2+ csatornák Na+ csatornák mellett/helyett:
•sima- és szívizom•embrionális (éretlen) idegsejtek•egyes idegsejtek sejttestje és dendritje
• AP kiváltása csak a megfelelı ioncsatornákkal rendelkezı(=ingerlékeny) sejteken lehetséges
• változatlan amplitúdóval terjed tovább (nem csillapodó vagy dekremens); minden-vagy-semmi törvénye
Az akciós potenciál terjedése
nyugalmi mp.
küszöbpot.
akciós potenciál
mem
brán
-po
teni
ciál
[mV
]in
gere
rı
sség
küszöb-inger
küszöb feletti inger
küszöb alatti inger
• az AP sorozat frekvenciája a posztszinaptikus depolarizációmértékével arányos, azaz az eredı potenciál nagysága (a szenzoros inger nagysága)frekvencia-kód formájában továbbítódik
nem-mielinált axonban velıshüvelyő axonban
• mielinizáció: „ugráló” (szaltatórikus) ingerületvezetés a szigetelı hatás miatt – velıshüvely nélkül lassú vezetési sebesség (0,5-2 m/s)
• a vezetési sebesség a rost keresztmetszetével is nı
Az akciós potenciál terjedése
Ranvier-féle befőzıdés
A mielinizáció
• központi idegrendszer: oligodendroglia
• perifériás idegrendszer: Schwann-sejt és szatellita sejt
• elektromos "szigetelés" az ECF-tıl és a szomszédos axonoktól, alatta nincs ioncsatorna; axonra tekeredve alakul ki
• Ranvier-féle befőzıdés: nagy mennyiségőioncsatorna, mielin borítás nélkül
- egy oligodendroglia sejt sok közeli axon egyes szakaszait borítja
Ranvier-féle befőzıdés
citoplazma
mielin
Idegrostok típusai emberben
fájdalom- és hımérséklet-érzıgerincvelıi dorzális afferensek, reflexek, mechanoreceptorok
0,5-2<1C
nem-mielinált
vegetatív idegrendszer, preganglionáris rostok3-153B
fájdalom, hideg, érintés12-30<3Aδδδδizomorsó afferensek15-305Aγγγγtapintás, nyomás30-708Aββββ
vázizom mozgatóneuron, propriocepció, szomatikus motoneuron
70-12012-20Aαααα
mielinált
funkcióvezetési sebesség
(m/s)
átmérı(µµµµm)
típus
Az idegsejtek alapvetıfelépítése és mőködése
az idegsejtek alapvetı
felépítése
mielin hüvely
dendritek
sejttestsejtmag
axon
axon-domb
axon kollaterális
axon terminális (végfa)
Nissl-testek (riboszóma)
oligodendroglia / Schwann sejtekRanvier-féle befőzıdés
axon citoplazma
ingerület terjedésszinaptikus végbunkó
az idegsejtek alapvetıfelépítése
szinapszis
axon-domb
mielin hüvely
dendrit szinaptikus kapcsolat
sejttest
sejtmag
axon
axon-terminálisvezikula
pre-szinapszis
poszt-szinapszis
szinaptikus rés
AP kialakulása
beérkezıingerületek összegzése
az ingerület (AP) terjedése
transzmitter felszabadulás
a neurotranszmisszió sejtszintő folyamatai
1. neurotranszmitter (NT) szintézis, axonális transzport
2. vezikulaürülés
3. NT elimináció
• diffúzió
4. posztszinaptikus reakció, receptorok aktiválása
• re-uptake, azaz újrafelvétel
• enzimatikus bontás a szinaptikus résben
1
Ca2+
Ca2+
Ca2+
akciós potenciál
2
3
4
5
7
Na+
preszinaptikus neuron
axon végbunkó(preszinapszis)
szinaptikus rés
feszültség-függ ı Ca2+
csatorna
citoplazmaszinaptikus
vezikula
akciós potenciál
feszültség-függ ı
ioncsatornák nyitása
neurotranszmitter
posztszinaptikus neuron
neurotranszmitterreceptor
posztszinaptikus potenciál
6
• a neuron a dendriteken kialakulóposztszinaptikus potenciálok integrálásával, akciós potenciál (AP)sorozatok formájában továbbítja az ingerületet
- dendritek, sejttest: a beérkezıEPSP, IPSP integrálása
- axondomb: az AP generálása
• az AP sorozat frekvenciája a posztszinaptikus depolarizációmértékével arányos (az eredıpotenciál nagyságát frekvencia-kód továbbítja)
A szinaptikus integráció
preszinaptikus neuron 1
preszinaptikus neuron 2
preszinaptikus neuron 3
preszinaptikus neuron 4
preszinaptikus neuron 5
posztszinaptikus neuron
serkent ı neurotranszmitter
gátlóneurotranszmitter
axon
sejttest
dendritek
axon terminális
axondomb
akciós potenciál
depolarizáció
akciós potenciál
• axondomb: a beérkezı EPSP, IPSP elızetes integrálása alapján dıl el, tüzel-e és hogyan a sejt
A szinaptikus integráció
térbeli szummáció idıbeli szummáció
preszinaptikus neuron
preszinaptikus neuron
posztszinaptikus neuron
posztszinaptikus neuron
mem
brán
pote
nciá
l [m
V]
mem
brán
pote
nciá
l [m
V]
küszöbpotenciálküszöbpotenciál
akciós potenciál akciós potenciál
egyszerre sokszor
A fıbb neurotranszmitterek I.• acetilkolin
• kolinerg neuronok: motoneuron; preganglionáris neuronok; posztganglionáris paraszimpatikus neuronok; számos központi idegrendszeri (KIR) neuron
• perifériás idegekben elsınek felfedezett gátlóneurotranszmitter
• glutaminsav
• GABA (γγγγ-amino-vajsav)
• glicin
• glutamaterg neuronok: a központi idegrendszer (KIR)leggyakoribb serkentı neurotranszmittere
• gyors serkentı, lassú posztszinaptikus, metabolikus változások
• modulátor, gyors gátlás
• GABAerg neuronok: KIR leggyakoribb gátlóneurotranszmittere
• gyors gátlás, lassú serkentés is lehetséges hatás
•szerotonin (5-HT)
•hisztamin
• gyomor-bél traktus
•katekolaminok (monoaminok): adrenalin (A), noradrenalin (NA), dopamin
(DA)• adrenerg neuronok: serkentı szimpatikus posztganglionáris rost; kromaffin sejtek; lehet serkentı és gátló is
CH3A NA DA
• gyomor-bél traktus, agy + vérlemezke
A fıbb neurotranszmitterek II.
• gyulladási folyamatok
Ábrák
A helyi potenciálny
ugal
mi m
embr
án-
pote
nciá
lny
ugal
mi m
embr
án-
pote
nciá
l
• serkentı (hipopolarizáló; EPSP) pl. nikotinikus acetil-kolin receptor (nAChR)
nyugalmi mp.
EPSP[mV]
nyugalmi mp.
IPSP
[mV]
• gátló (hiperpolarizáló; IPSP) pl. glicin receptor
ACh bekötés -> csatorna nyílik -> Na+ beáramlás -> membrán belsı felszíne pozitívabb
glicin bekötés -> csatorna nyílik -> Cl- beáramlás -> membrán belsı felszíne negatívabb
A mielinizáció
oligodendroglia
Schwann-sejt
Schwann-sejtszatellita sejt
velıshüvelyő axon több, nem mielinált axon
perifériás idegrendszer
központi idegrendszer
1
Ca2+
Ca2+
Ca2+
akciós potenciál
2
3
4
5
7
Na+
preszinaptikus neuron
axon végbunkó(preszinapszis)
szinaptikus rés
citoplazmaszinaptikus
vezikula
akciós potenciál
feszültség-függ őőőőioncsatornák nyitása
neurotranszmitter
posztszinaptikus neuron
neurotranszmitterreceptor
posztszinaptikus potenci ál
6
A neurotranszmisszió(szinaptikus jelátvitel)
feszültség-függ őőőő Ca2+
csatorna
1
Ca2+
Ca2+
Ca2+
akciós potenciál
2
3
4
5
7
Na+
preszinaptikus neuron
axon végbunkó(preszinapszis)
szinaptikus rés
citoplazmaszinaptikus
vezikula
akciós potenciál
feszültség-függ őőőőioncsatornák nyitása
neurotranszmitter
posztszinaptikus neuron
neurotranszmitterreceptor
posztszinaptikus potenci ál
6
A neurotranszmisszió(szinaptikus jelátvitel)
1
Ca2+
Ca2+
Ca2+
akciós potenciál
2
3
4
5
7
Na+
preszinaptikus neuron
axon végbunkó(preszinapszis)
szinaptikus rés
citoplazmaszinaptikus
vezikula
akciós potenciál
feszültség-függ őőőőioncsatornák nyitása
neurotranszmitter
posztszinaptikus neuron
neurotranszmitterreceptor
posztszinaptikus potenci ál
6
A neurotranszmisszió(szinaptikus jelátvitel)
feszültség-függ őőőő Ca2+
csatorna
A szinaptikus integráció
preszinaptikus neuron 1
preszinaptikus neuron 2
preszinaptikus neuron 3
preszinaptikus neuron 4
preszinaptikus neuron 5
posztszinaptikus neuron
serkent ı neurotranszmitter
gátlóneurotranszmitter
axon
sejttest
dendritek
axon terminális
axondomb
akciós potenciál
Az izomkontrakció alapjai, az izomsejtek típusai és
mőködésük
Az izomszövet• szövettanilag eltérı típusok (sima, váz- és szívizom), de azonos összehúzódási mechanizmus:
A vázizom
aktin-miozin rendszer
• harántcsíkolt izomszövet
• összehúzódás csak idegi hatásra
- mozgató neuron (motoneuron)
• sejttestje:- gerincvelı mellsı szarvában - agytörzsben, a mozgató
vegetatív agyidegek magjában
• testtartás- és mozgásszabályozás, légzıizmok, arc mimikai izmai, külsı záróizmok, szemizmok, stb....
bicepsz
A vázizom felépítése
csont
ín
izomköteg
izomrost (izomsejt)miofibrillum
izompólya
filamentum
mozgató idegkapilláris
sejtmag
harántcsíkolatszarkoplazmaszarkolemma
miofibrillum
izomrost (izomsejt)
izomköteg
kötıszövetes burok
csont
ín
izomköteg
izomrost (izomsejt)miofibrillum
izompólya
filamentum
mozgató idegkapilláris
sejtmag
harántcsíkolatszarkoplazmaszarkolemma
miofibrillum
izomrost (izomsejt)
izomköteg
kötıszövetes burok
• vázizom: ínnal csonthoz rögzül
• miofilamentum: aktin (vékony) és miozin (vastag) filamentumok
• miofibrillum: szarkoméra szerkezet, harántcsíkolat
• izomrost: sokmagvú izomsejt (szincíciális)
• izomköteg: izompólya (kötıszövetes burok + erek, idegek) borítja
- szarkolemma burkolja- szarkoplazma (izomsejt citoplazmája)
- belsejében összehúzódásra képes fehérjerendszer
A vázizomsejtek felépítése
egy izomrost (izomsejt) részlete
mitokondrium
miofibrillum
sejtmag
szarkolemmaszarkoplazma
vastag filamentum (miozin)vékony filamentum (aktin)
Z-vonal
miofibrillum
szarkomer
T-tubulusszarkoplazmás
retikulum
egy izomrost (izomsejt) részlete
mitokondrium
miofibrillum
sejtmag
szarkolemmaszarkoplazma
vastag filamentum (miozin)vékony filamentum (aktin)
Z-vonal
miofibrillum
szarkomer
T-tubulus
egy izomrost (izomsejt) részlete
mitokondrium
miofibrillum
sejtmag
szarkolemmaszarkoplazma
vastag filamentum (miozin)vékony filamentum (aktin)
Z-vonal
miofibrillum
szarkomer
T-tubulusszarkoplazmás
retikulum
• az izom teljes hosszát átérı, sokmagvú sejt (szinciciális sejt)
• szarkolemma (sejthártya) burkolja, belsejében szarkoplazma(citoplazma)
• szarkolemma betüremkedések: T-tubulus rendszer + szarkoplazmás retikulum
• sok mitokondrium, hosszanti rendezettségő miofibrillumok
A miofibrillum felépítése, a szarkomera • harántcsíkolat: hossztengely mentén anizotróp (A, kettıs fénytörı, sötét) és izotróp (I, gyengén fénytörı, világos) sávok váltakozása
szarkomer: 2 Z lemez között
Z-korong Z-korong
Z-korongZ-korong
M-vonal
M-vonal
vastag fil. (miozin )
vékony fil. (aktin )
vastag fil. (miozin )
vékony fil. (aktin )titin
szarkomer
szarkomer
I-sáv I-sávA-sáv
átfedıszakasz
átfedıszakaszH-sáv
Z-korong Z-korong
Z-korongZ-korong
M-vonal
M-vonal
vastag fil. (miozin )
vékony fil. (aktin )
vastag fil. (miozin )
vékony fil. (aktin )titin
szarkomer
szarkomer
I-sáv I-sávA-sáv
átfedıszakasz
átfedıszakaszH-sáv
miofibrillumokglikogén szemcsék
M-vonal M-vonalZ-lemez Z-lemez Z-lemez
I-sáv I-sáv I-sáv
A-sáv A-sáv
szarkomer szarkomer
rövidülés iránya
aktin troponin tropomiozin
miozin köt ıhely (tropomiozin fedi)
A miofilamentumok szerkezete• vastag filamentum: miozin molekulák
• vékony filamentum: aktin molekulák
- gyöngyszerő struktúra
miozin farok miozin fej
M-vonal- "golfütı": hosszú farok, két fej (ATPáz aktivitás)
- 2 irányú rendezıdés, középen M vonalhoz rögzül
- miozin kötıhelyet alapállapot-ban a tropomiozin fedi
- tropomiozinhoz a troponin kapcsolódik (Ca2+ szint érzékelés)
• titin molekulák- a szarkomera rugója; Z vonal és M-vonal között
Z-korongM-vonalvastag fil. (miozin )
kony fil. (aktin )titin
Z-korongM-vonalvastag fil. (miozin )
kony fil. (aktin )titin
Az izomkontrakció alapja: a szarkomera rövidülése
• az A sáv változatlan, míg az I sáv rövidül
Z vonal
Z vonal
Z vonal
Z vonalI sáv A sáv
M vonal
I sáv A sáv I sávelernyedt izom
részlegesen összehúzódott izom
teljesen összehúzódott izom
aktin miozin
Az aktin és miozin filamentumok elmozdulása: csúszó filamentum elmélet
Ca++ szint emelkedés troponin leválik miozin kötıhely szabad
miozin-ATP aktinhoz köt Pi (foszfát csoport) leválik
elmozdulás ATP kötés
miozin-ATP leválik; új ciklusra kész
• magas Ca++ szint és elegendı ATP kell hozzá
a miozin fej csuklómozgása
miozin-ADP „csuklómozgás”
Az izomkontrakció alapja: a Ca2+ szint szabályozása a citoplazmában
plazmalemmaszarkoplazmás retikulum
feszültség függ ı Ca2+
csatorna
Ca2+ ionpumpa
CaCa2+2+
T tu
bulu
s
T tu
bulu
s
aktinaktin miozinmiozin
troponintroponin
tropomiozintropomiozin
• citoplazmában nyugalomban alacsony Ca2+ szint: folyamatosan mőködıionpumpák
• aktinon a miozin kötıhelyeket a tropomiozin fedi
• szarkoplazmás retikulum: belsı Ca2+ raktár
Az izomkontrakció alapja: a Ca2+ szint szabályozása a citoplazmában
plazmalemmaszarkoplazmás retikulum
feszültség függ ı Ca2+
csatorna
Ca2+ ionpumpa
CaCa2+2+
T tu
bulu
s
T tu
bulu
s
aktinaktin miozinmiozin
CaCa2+2+ ++ troponintroponin
tropomiozintropomiozin
CaCa2+2+
akciós potenciál• ingerület -> izomsejt membránján akciós potenciál
• feszültség-függı Ca2+csatornák nyitnak
• intracelluláris Ca2+szint emelkedik
• troponin + tropomiozin elmozdul
• miozinfej aktinhoz köt, összehúzódás
• helyreállítás: Ca2+ ionpumpák visszaszállítják a Ca2+ ionokat a szarkpl. retikulumba
Az ideg-izom szinapszis• motoros egység: egy mozgató neuron által beidegzett izomsejtek összessége
izomsejt
ideg-izom szinapszis
gerinc-velı
mozgatóneuron
mells ı gyökér
hátsó gyökér
érzı neuron
mozgatóideg
érzı ideg
agy
érzıreceptor
preszinapszis (idegsejt axon-
terminálisa)
posztszinapszis (izomsejt)
szinaptikus hólyagok
szinaptikus rés
gliasejt
Ingerületátvitel az ideg-izom szinapszisban
izomössze-húzódás
beidegzı motoneuronon akciós potenciálaxon végbunkóban feszültség-függı Ca2+ csatornák nyílnak
vezikulákból ACh ürülés
ACh izomsejt membránján az AChR-hoz köt
lokális Na+ beáramlás, EPSP kialakulás
EPSP elegendı mértéke esetén az izomsejt membránján akciós potenciál terjed végig
[Ca2+ ]IC nı az izomsejtben
mozgatóideg
izomsejt
ideg-izom szinapszis
szinaptikus vezikula acetil kolin
(ACh)
acetil kolin receptor (AChR)
akciós potenciálNaNa++
Az izomkontrakciólejátszódása a vázizomban
(összefoglalás)
Az akciós potenciál és az izomkontrakcióidıbeli lefutása a vázizomban
idıbeli késleltetés:
1. akciós potenciál (~1-5 ms)
2. intracelluláris Ca2+ szint emelkedés (~5-20 ms)
- visszaállítását Ca2+ pumpák végzik
- a kialakuló erı nagysága a Ca2+ szint változásokat követi!
izomösszehúzódás összegzıdése
vázizom
akciós potenciál
izom kontrakció
vázizomvázizom
akciós potenciál
izom kontrakció
idı (ms)
mem
brán
pot
enci
ál
erı
akciós potenciál
intracell. Ca2+ szint
erı1-5 ms
5-20 ms
100-300 ms
3. egyedi rángás, izomösszehúzódás (~100-300 ms)
izomösszehúzódás
egyedi rángás
egyedi inger egymást követ ı akciós potenciálok idı (ms)
akciós potenciál (motoneuron)
Az izomösszehúzódás összeadódása
- a vázizom normális mőködése alatt is!
többszörös inger a beidegzımotoneuronon
gyakori akciós potenciál az izomsejten
összeadódó intracelluláris Ca2+ szint emelkedés egyre nagyobb mértékő izomösszehúzódás
• ha az egyes összehúzódások között részleges elernyedés van: inkomplett tetanusz
• ha az egyes összehúzódások között nincs elernyedés: komplett tetanusz (görcsös összehúzódás)
részleges összeolvadás (inkomplett tetanusz )
teljes összeolvadás (komplett tetanusz )
A motoros egység• egy izomrosthoz egy motoneuron tartozik, de egy motoneuron több izomrostot láthat el - szinkronizált mőködés
• az ingerlés frekvenciájának változtatása - tetanuszos összehúzódás mértékének/idıtartamának beállítása
• 1:1 szinaptikus kapcsolat: 1 akciós potenciál - 1 rángás
• egy motoros egység egyféle rostból áll, de egy izomrostot (mind beidegzési arány, mind ingerküszöb szerint) többféle motoros egység építhet fel
• beidegzési arány változó: külsı szemizom-10; kéz-100; láb-2000 izomrost/motoneuron
• az izomfeszülés szabályozása, a változtatható mértékő izommozgásalapja a szervezetben:
• toborzás (recruitment) - további motoros egységek bevonása; a feladattól függıen más-más típusú rostok aktiválódhatnak
izomsejt
ideg-izom szinapszis
gerinc-velı
mozgatóneuron
mells ı gyökér
hátsó gyökér
érzı neuron
mozgatóideg
érzı ideg
agy
érzıreceptor
A vázizom energetikája
• kreatin-foszfát (rövid ideig)
• aerob glikolízis: szabad zsírsavak,
aminosavak és glükóz oxidatív
lebontása (nyugalomban és kisebb
munkavégzésnél)
• anaerob glikolízis: piruvátból
tejsav (intenzív munkavégzés;
izomláz; O2- adósság)
• ATP, foszfokreatin-raktár
kimerülése: ld. hullamerevség
fı energiaigény:
• miozin ATPáz aktivitása
• Ca2+ pumpák (intracelluláris Ca2+
szint visszaállítása)
vér izomsejt
kreatin-foszfát
kreatin
glükóz
piruvát
tejsav
mitokondrium
terminális oxidáció
anaerob glikolízis
kreatin energiaraktár
A szívizomszövet "specialitásai"
A munkaizomrostok• egy sejtmagvú, "valódi" sejtek, Y alak
• az aktin/miozin kontrakció mechanizmusa a vázizomhoz hasonló
• akciós potenciál hatására Ca2+ szint emelke-dés nemcsak a szarkoplazmás retikulumból, hanem a szövet közötti térbıl is
• SER kevésbé, T tubulus jobban fejlett, mint vázizomban
dezmo-szómák
szarkolemma
mitokondrium
sejtmagizomrost
T tubulus nyílása
Eberth-féle vonal
gap junction
dezmo-szómák
szarkolemma
mitokondrium
sejtmagizomrost
T tubulus nyílása
Eberth-féle vonal
gap junction• elektromos szinapszis = gap
junction; funkcionális szincícium (pitvarok - kamrák!)
SERT tubulus
• akciós potenciál indítása az ún. pacemaker sejtekbıl
A munkaizomrostok akciós potenciálja
mem
bránp
oten
ciál (mV) Na+ beáramlás
Ca2+ be- és K+
kiáramlás
K+
kiáramlás
-90 mV nyugalmi membrán-potenciál
(1) gyors depolarizáció: Na+
beáramlás
(3) plató szakasz: Ca2+
beáramlás és K+
kiáramlás egyensúlya
(4) repolarizáció: K+ kiáramlás
• elhúzódó refrakter stádium (~250 ms: abszolút refrakter stádium)
• a szívizomszövet nem tetanizálható
abszolút relatív refrakter stádium
összehúzódás
4
Cl- be- és K+
kiáramlás
(2) gyors repolarizáció: Cl-
be- és K+ kiáramlás
A vázizom és a munkaizomrostok akciós potenciálja
szívizom (munkaizomrost)
izom kontrakció
vázizom
akciós potenciál
izom kontrakció
abszolút refrakter stádium relatív refrakter stádium
akciós potenciál
plató szakasz
küszöb-potenciál
A pacemaker (ritmusgeneráló) sejtek • módosult (nodális) szívizomszövet
(1) szivárgási kation csatornák(prepotenciál / pacemaker potenciál)
(2) depolarizáció: Ca2+ beáramlás
(3) repolarizáció: K+ kiáramlás
- nincs nyugalmi membránpotenciál
(1) kation be
Ca2+be(2) (3)
K+ ki
- akciós potenciál: ~ 100 ms
jobb pitvar
bal pitvar
jobb kamra
bal kamra
szinusz (SA) csomó
pitvar-kamrai (AV) csomó
His köteg
Tawara szálak
Purkinje rostok
jobb pitvar
bal pitvar
jobb kamra
bal kamra
szinusz (SA) csomó
pitvar-kamrai (AV) csomó
His köteg
Tawara szálak
Purkinje rostok
• ingerületképzı rendszer: szinusz(SA) és pitvar-kamrai (AV) csomó
- spontán diasztólés depolarizáció: ritmusgenerálás, akciós potenciál kiváltása
A simaizomszövet "specialitásai"
A simaizomszövet
• nem harántcsíkolt; aktin filamentumok a plazma sötét testjeihez vagy a membránhoz kapcsolódnak
• aktiváció pacemaker sejtek, hormonok, lokálisan felszabaduló felszabadulómediátorok hatására
• szarkoplazmás retikulum gyengén fejlett; kevesebb mitokondrium, ált. nagyon lassúkontrakció
• rés kapcsolatok csak az ún. egyegységes simaizomban
• nincs gyors Na+ csatorna, akciós potenciál nem mindig alakul ki; kontrakció a citoplazmás Ca2+ szint növekedése miatt
sötét test
sejtmag
miozin
aktin
szarkolemma
zsigeri (egy-egységes) simaizom
sokegységes simaizom
bélideg-rendszer
sejtmag
izomsejt
A simaizom típusai
• fázisos- alap állapotban elernyedt, az üreges szerv térfogat-növekedésére
(ingerre) húzódik össze (nyelıcsı, húgyhólyag)
• tónusos
- ált. összehúzott állapotban (záróizmok, légutak, erek)
• motilitás biztosítása: zsigerek
• üreges szerv alakjának, térfogatának biztosítása: pl. húlyhólyag
1. mőködés szerint
2. funkció szerint
- általában akciós potenciál váltja ki az összehúzódást
- ált. nincs akciós potenciál; az összehúzott állapot fenntartásáhozalacsony energia-igény
3. mőködés/felépítés szerintsokegységes
• önálló sejtek külön-külön beidegzéssel
egyegységes
• elektromos szinapszis (gap junction) -összehangolt összehúzódás
• pl. pupilla - iris izmai; vas deferens
• külsı és hormonális beidegzés
• beidegzés csak a sejtek egy részére hat közvetlenül
• belsı szervek falában (méh, bél, húgyhólyag)
sokegységes egyegységes
variko-zitások (transz-mitterek)
autonóm vagy bélidegrendszer
parakrin hatás, diffúzió
hormon receptor
rés kapcsolatok neurotransz-mitter receptor
keringıhormonok, diffúzió
kapilláris
ingerületterjedés izomössze-
húzódás szabályozá-sát ld. tápcsatorna fejezetben
zsigeri (egy-egységes) simaizom
bélideg-rendszer
sejtmag
izomsejt
-ges) simaizom
sokegységes simaizom
bélideg-rendszer
sejtmag
izomsejt
Ábrák
csont
ín
izomköteg
izomrost (izomsejt)miofibrillum
izompólya
filamentum
mozgató idegkapilláris
sejtmag
harántcsíkolatszarkoplazmaszarkolemma
miofibrillum
izomrost (izomsejt)
izomköteg
kötıszövetes burok
csont
ín
izomköteg
izomrost (izomsejt)miofibrillum
izompólya
filamentum
mozgató idegkapilláris
sejtmag
harántcsíkolatszarkoplazmaszarkolemma
miofibrillum
izomrost (izomsejt)
izomköteg
kötıszövetes burok
A vázizom felépítése
éretlen mioblaszt sejtek fúziója
egy izomköteg részlete
egy izomrost (izomsejt) részlete
sejtmag
szarkoplazmaszarkolemma
mitokondrium
mitokondrium
kötıszövetes burok
izomrost miofibrillum
miofibrillum
sejtmag
szarkolemmaszarkoplazma
vastag filamentum (miozin)vékony filamentum (aktin)
Z-vonal
miofibrillum
szarkomer
T-tubulusszarkoplazmás
retikulum
éretlen mioblaszt sejtek fúziója
egy izomköteg részlete
egy izomrost (izomsejt) részlete
sejtmag
szarkoplazmaszarkolemma
mitokondrium
mitokondrium
kötıszövetes burok
izomrost miofibrillum
miofibrillum
sejtmag
szarkolemmaszarkoplazma
vastag filamentum (miozin)vékony filamentum (aktin)
Z-vonal
miofibrillum
szarkomer
T-tubulus
éretlen mioblaszt sejtek fúziója
egy izomköteg részlete
egy izomrost (izomsejt) részlete
sejtmag
szarkoplazmaszarkolemma
mitokondrium
mitokondrium
kötıszövetes burok
izomrost miofibrillum
miofibrillum
sejtmag
szarkolemmaszarkoplazma
vastag filamentum (miozin)vékony filamentum (aktin)
Z-vonal
miofibrillum
szarkomer
T-tubulusszarkoplazmás
retikulum
A vázizomsejt felépítése
A szarkoméra szerkezeteZ-korong Z-korong
Z-korongZ-korong
M-vonal
M-vonal
vastag fil. (miozin )
vékony fil. (aktin )
vastag fil. (miozin )
vékony fil. (aktin )titin
szarkomer
szarkomer
I-sáv I-sávA-sáv
átfedıszakasz
átfedıszakaszH-sáv
Z-korong Z-korong
Z-korongZ-korong
M-vonal
M-vonal
vastag fil. (miozin )
vékony fil. (aktin )
vastag fil. (miozin )
vékony fil. (aktin )titin
szarkomer
szarkomer
I-sáv I-sávA-sáv
átfedıszakasz
átfedıszakaszH-sáv
Ingerületátvitel az ideg-izom szinapszisban
izomösszehúzódás
beidegzı motoneuronon akciós potenciál
végbunkóban feszültség-függı Ca2+ csatornák nyílnak
[Ca2+ ]IC nı, vezikulák-ból ACh ürülés
ACh izomsejt membránján AChR-hoz köt
lokális Na+ beáramlás, EPSP kialakulás
EPSP elegendı mértéke esetén akciós potenciál az izomsejt membránján
[Ca2+ ]IC nı az izomsejtben
izomösszehúzódás
idı (ms)
izomösszehúzódás
idı (ms)
egyedi rángás inkomplett tetániás rángás komplett tetániás rángás
Ingersorozatok és az izomösszehúzódás ereje (tetániás rángás)
egyedi inger egymást követ ı akciós potenciálok
akciós potenciál (motoneuron)
A szívizomszövet felépítése
dezmo-szómák
szarkolemma
mitokondrium
sejtmagizomrost
T tubulus nyílása
Eberth-féle vonal
gap junction
dezmo-szómák
szarkolemma
mitokondrium
sejtmagizomrost
T tubulus nyílása
Eberth-féle vonal
gap junction
szarko-lemma
T tubulus
mitokond-rium
szarkoplazmás retikulum
aktin
miozin
szarkomera
A simaizom felépítése
A simaizom felépítése és kontrakciója
zsigeri (egy-egységes) simaizom
sokegységes simaizom
sötét test
sejtmag
miozin
aktin
elernyedt összehúzódott
bélideg-rendszer
sejtmag
izomsejt
szarkolemma
VázizomVázizom
SzívizomSzívizom
SimaizomSimaizom
Az izomszövet típusai
Az emberi szív felépítése és mőködése
kis vérkör
tüdıartériák
vénák, venulák
arteriolák, kapillárisok
nyirok-keringés
tüdı vénák
nagy vérkör
artériák
szív
aorta
nyirok-csomó
Az emlıs keringési rendszer felépítése
• két elkülönült vérkör
• zárt keringés: magas nyomás, gyors áramlás, gyors szabályozás
• fı pumpa: szív
• arteriás rendszer: elosztó és nyomás-kiegyenlítı
• kapillárisok: anyagcsere
• vénás rendszer: térfogati rezervoár (kapacitáserek)
• nyirokrendszer: immunsejtek, szövet közötti folyadék keringése
Az emberi szív elhelyezkedése
aortaív
tüdıartéria
bal tüdı
bal kamra
szívcsúcs
vena cava superior
bal pitvar
jobb pitvarjobb tüdı
pleura (savós hártya)
rekeszizomjobb kamra
• mellüregben, bal oldalon
• 250-300 g; ~ököl nagyságú
• mechanikai védelem: perikardium + bordák, szegycsont
Az emberi szív felépítése• perikardium:
- külsı, rostos ~: rugalmatlan, vastag kötıszövet
- savós ~: vékony, kettıs rétegő hártya• fali réteg: külsı felszín• zsigeri réteg: belsı felszín (epikardium)
• 2 réteg között folyadék
szív
savós perikardium
üreg
perikardiális üreg
fali réteg
zsigeri réteg
endokardium
miokardium
epikardium
rostos perikardium
savós perikardium, fali réteg
koronária erek
perikardiális üreg
(savós perikardium, zsigeri réteg)
Az emberi szív felépítése
• szívfal: 3 réteg
- epikardium: savós perikardium zsigeri rétege; kötıszövet
perikardium
- miokardium: szívizom; 95%
- endokardium: üregek felé; vékony kötıszövet és hámréteg
• tápanyagellátás: koronáriaerek
Az emberi szív felépítése
elülsı nézet
aortaívnagy győjtıvéna (vena cava superior)
jobb tüdıartériabal tüdıartéria
tüdıartéria
bal kamrabal pitvar
jobb kamra
jobb pitvar
jobb tüdıvénákbal tüdıvénák
arteria brachialis a. carotis communisa. subclavia
leszálló aorta
győjtıvéna (vena cava inferior)
rostos perikardium(elvágva)
jobb bal
v. cava sup.
AV csomóSA csomó
His köteg
v. cava inf.
bal kamra
bal pitvar
jobb kamra
jobb pitvar
vitorlás billentyő
szemölcs-izmok
tüdı-vénák
kamrai szeptum
vitorlás billentyő
SA csomó: szinusz csomóAV csomó: pitvar-kamrai csomó
Az emberi szív felépítése
frontális keresztmetszet
tüdıartéria
aorta
pitvar-kamrai (vitorlás) billentyők
félhold alakú(zsebes) billentyők
annulus fibrosus
jobbbal
jobb
bal
tüdıartéria
aorta
pitvar-kamrai (vitorlás) billentyők
félhold alakú(zsebes) billentyők
Az emberi szív felépítése
harántmetszet a pitvar-kamrai határon
Az emberi szív felépítése: a billentyők
vitorlás billentyők
szemölcsizmok
ínhúrokzsebes
billentyők (aorta felıl)
• visszafolyó véráramlás megakadályozása
- vitorlás ~: pitvar - kamra között
- zsebes (félhold alakú) ~: kamra - artériák (bal: aorta; jobb: tüdıartéria) között
• nyitást / zárást az üregek közötti nyomásviszonyok szabályozzák
Az emberi szív felépítése: a billentyők
vitorlás billentyőknyitva zárva
szemölcsizmok
elernyedtössze-húzódott
laza feszes
ínhúrok
tüdıartéria
aorta
pitvar-kamrai (vitorlás) billentyőkpitvarok összehúzódása kamrák összehúzódása
jobbbal jobbbal
A szív ingerületképzı és -vezetı rendszere
szinusz csomó
bal pitvar
bal kamra
His köteg
Tawara szál (jobb / bal)
Purkinje rostok
1
2
3
4
5
jobb pitvar
jobb kamra
pitvarkamrai csomó
pacemaker (ritmusgeneráló) sejtek
jobb pitvar
bal pitvar
jobb kamra
bal kamra
szinusz (SA) csomó
pitvar-kamrai (AV) csomó
His köteg
Tawara szálak
Purkinje rostok
jobb pitvar
bal pitvar
jobb kamra
bal kamra
szinusz (SA) csomó
pitvar-kamrai (AV) csomó
His köteg
Tawara szálak
Purkinje rostok
A szívmőködés ritmusa
• ingerületképzı rendszer: szinusz(SA) és pitvar-kamrai (AV) csomó
küszöb-potenciál
(1) kation be
Ca2+
be(2) (3) K+ ki
- spontán akciós potenciál kiváltás
paraszimpatikus (n. vagus) ingerlés
- a ritmusgenerálás frekvenciáját a vegetatív beidegzés vagy hormonális hatások módosíthatják
mem
brán
pote
nciá
l
pacemaker potenciál
szimpatikus ingerlés
mem
brán
pote
nciá
l
pacemaker potenciál
akciós potenciál
akciós potenciál
•szimpatikus: serkent
•paraszimpatikus: gátol
pacemaker potenciál
A szívmőködést kísérı potenciálváltozások testfelszínen mérhetı eredıje – az
elektrokardiogram (EKG)pitvari
kontrakciókamrai
kontrakció
0,18s(0,12-0,2s)
<0,1s
0,4-0,43s
0,32s
Az akciós potenciál változása az EKG szakaszai alatt
EKG
ido (s)0,2 0,4 0,6
P
QRST
U
akciós potenciál
EKG
ido (s)0,2 0,4 0,6
P
QRST
U
akciós potenciál
EKG
ido (s)0,2 0,4 0,6
P
QRST
UEKG
ido (s)0,2 0,4 0,6
EKG
ido (s)0,2 0,4 0,6
ido (s)0,2 0,4 0,60,2 0,4 0,6
P
QRST
U
akciós potenciál
P: pitvari depolarizáció
P-Q szakasz: pitvari szisztóle; pitvar-kamrai átvezetés
QRS: kamrai depo-larizáció (és pitvari repolarizáció)
QRS-T: kamrai szisztóle
T: kamrai repolarizáció
U: szemölcsizmok repolarizációja
szisztóle: kontrakció, összehúzódás
diasztóle: relaxáció, elernyedés
5
0.60.2 0.40Seconds
PT
5 kamrai repolarizáció
1 pitvari depolarizáció
0.20
Seconds
akciós potenciál a szinusz csomóban
P
0.20Seconds
P
2 pitvari összehúzódás (szisztóle)
0.2 0.40Seconds
R
SQ
P
3 kamrai depolarizáció
0.2 0.40Seconds
P
4kamrai összehúzódás (szisztóle)
6
0.60.2 0.40 0.8
P
6kamrai elernyedés (diasztóle)
Az akciós potenciál változása az EKG szakaszai alatt
A szívciklus
1. kettıs diasztóle: JP/JK és BP/BK közös őrtér, passzív telıdés és feszülés
2. pitvari szisztóle: kamrai telıdés fokozódása (fiatal 20%, öreg 50%); kamra még diasztoléban
5. kamrai diasztóle: kamrai ellazulás, zsebes billentyők záródása (2. szívhang); vitorlás billentyők nyitásával kamrai telıdés indul
3-4. kamrai szisztóle: emelkedıkamrai nyomás, vitorlás billentyők záródása (1. szívhang); kontrakcióés nyomásnövekedés;
kamrai szisztóle
kettıs diasztole
JPBP
JKBK
kettıs diasztole
JPBP
JKBK
pitvari szisztolepitvari szisztolediasztole
kamrafal kontrakció
diasztole
kamrafal kontrakció
diasztole
kamrai ürítés
diasztole
kamrai ürítés
kamrai diasztolekamrai diasztole
zsebes billentyők nyílása, kamra kontrakció és a vér kipumpálása az aortába/tüdıartériába
EKG
nyomás (Hgmm)
szívhangok
szívcikus
vérnyomás az aortában
vérnyomás a bal kamrában
vérnyomás a bal pitvarban
S1 S2 S3 S4
pitvari szisztólekamrai szisztóle elernyedés
PR
Q S
T
120
100
80
60
40
20
0
vitorlás billenty ő zár
zsebes billenty ő nyit
zsebes billenty ő zár
vitorlás billenty ő nyit
pitvari kontrakció
A szívciklusalatti változások
áttekintése
kamrai kontrakció
kamrai ejekció
kamrai relaxáció
kettıs diasztóle
A szívciklus• a szív jobb és bal oldalán közel azonos térfogat-, de eltérınyomásváltozások!
bal oldal jobb oldal
nyom
ás
(Hgm
m)
kamrai té
rf. (m
l)EKG
jobb pitvar
jobb kamra
bal pitvar
bal kamra
tüdıartéria
aorta
75 ml75 mlpulzustérfogat
13 40 pulzusnyomás
9 80 artériás szisztólés nyomás
24 120 artériás diasztólés nyomás
24 120 kamrai
szisztólés nyomás
1-2 >5kamrai
diasztólés nyomás
5-5,5 l5-5,5 lperctérfogat
kis vérkör
nagy vérkör
[Hgmm]
A keringési rendszer jellemzıi
A keringési rendszer fizikai jellemzıi
perfúziós nyomás: a vérkeringés fenntartása - kamrák szerepe!
vérnyomás
• nagy vérkör: Paorta-Pjobb pitvar• kis vérkör: Pa. pulmonalis-Pbal pitvar
- a vérnyomás a vénás rendszer felécsökken
• az érrendszerre "egyszerő" fizikai törvények jellemzıek:
- a különbözı erek össz-keresztmetszetén azonos idıalatt azonos vérmennyiségnek kell áthaladnia
véráramlás sebessége
össz-keresztmetszet
minél nagyobb az össz-keresztmetszet, annál lassabb az áramlás sebessége
A keringési rendszer fizikai jellemzıi
• az érrendszer mégsem "ideális" csırendszer:
• viszkozitás - hematokrit
• turbulens és lamináris áramlás
• arteriolák nagy ellenállása
• rugalmas érfal
• az érrendszerre "egyszerő" fizikai törvények jellemzıek:
- kapillárisok: legvékonyabb erek, de nagyon nagy mennyiségben (összkeresztmetszet itt a legnagyobb)
• tápanyagok, gázok, salakanyagok kicserélıdéséhez elegendıidı
• lassú áramlási sebesség
Az érrendszer felépítéseelasztikus (nagy) artériák
izmos artériák
arteriolák
kapillárisok
venulák
kisebb vénák
nagy vénák
tunica interna
endotélium
tunica externa
elasztikus réteg
tunica interna
tunica interna
simaizom
simaizomelasztikus réteg
tunica externa
elasztikus réteg
simaizom
alaphártya
tunica externa
tunica externa
tunica externa
vékony simaizom
billentyő
átmérı ~25 mm; falvastagság 2,5 mm
átmérı ~4 mm; falvastagság 1 mm
átmérı ~0,03 - 0,01 mm; falvastagság 0,06 mmátmérı ~0,008 mm;
falvastagság 0,0005 mm
átmérı ~0,02 mm; falvastagság 0,001 mm
átmérı ~5 mm; falvastagság 0,5 mm
átmérı ~30 mm; falvastagság 1,5 mm
Az egyes értípusok jellemzıi• érfal: 3 réteg
- belsı réteg (tunica interna v. intima)• endotél sejt (hámszövet), alaphártya
tunica interna
tunica media
tunica externa
endotélium
alaphártyaelasztikus réteg
elasztikus réteg
simaizom
artéria véna
billenty ő
• rugalmas rétegek
- középsı réteg (tunica media)• simaizom: keresztmetszet szabályozása
- külsı réteg (tunica externa v. adventitia)• rugalmas és kollagén rostok (kötıszövet); idegek
• billentyők
• vastag simaizom
• tágulékony
Az egyes értípusok jellemzıi• kapillárisok
kötıszövet
vörösvértest
endotél sejtek magja
- vékony keresztmetszet (5-10 µm) - vörösvértest "éppen" átfér
- alaphártya + endotél sejt 1 rétegben
- anyagcsere, gázellátás
- szöveti sejtektıl max. néhány sejtnyi távolságra futnak
alaphártya
endotél sejt
A kapillárisok típusai
• folyamatos alaphártya, egymás melletti sejtek szorosan kapcsoltak
2. fenesztrált (ablakos)
3. szinuszoid
1. folyamatos
• a sejteken 50-60 nm "ablakok", folyamatos alaphártya
• alaphártya szaggatott, sejteken nagy nyílások
• leggyakoribb: izom-, idegszövet, tüdı, kötıszövet
• szabályozható permeabilitás: víz és kis molekulák (ultrafiltráció)
• gyomor-bél, mirigyek, vese; agyban a cirkumventrikuláris szervek
• fehérjéken és vvt-n kívül gyak. minden átjuthat
• máj, csontvelı, lép (vérsejtképzés)• szabad anyagáramlás
A keringési rendszer szakaszai és mőködése
elasztikus (nagy) artériák
izmos artériák
arteriolák
kapillárisok
venulák
kisebb vénák
nagy vénák
tunica interna
endotélium
tunica externa
elasztikus réteg
tunica interna
tunica interna
simaizom
simaizomelasztikus réteg
tunica externa
elasztikus réteg
simaizom
alaphártya
tunica externa
tunica externa
tunica externa
vékony simaizom
billentyő
A nagy vérkör szakaszai
kicserélési erek
kapacitás (tároló) erek
szélkazánerek
elosztó erek
ellenálláserek
kamrai nyomás-változások
arteriás nyomásváltozások
folyamatos nyomásváltozás
0
120
Hgm
m 80
120
1. a magas nyomású érszakasz (80-120 Hgmm) – az arteriás rendszer
• aorta + nagyobb, rugalmas és izmos, vékonyabb arteriák- vastag, elasztikus réteget és simaizmot is tartalmaznak
• belsı nyomás nagy mértékben, szélsıértékek között ingadozik: 80 - 120 Hgmm
- "szélkazán" funkció: mérsékeli a nyomásváltozások amplitúdóját
- viszonylag nagy térfogat, rugalmas fal, szők kimenet - kis nyomásváltozással folyamatos áramlás biztosítása
A keringési rendszer szakaszai
- pulzusnyomás: a pulzustérfogattól és a tágulékonyságtól függ
- artériás középnyomás: az artériás vértérfogattól, az aorta/artéria falának rugalmasságától és az arteriolák kersztmetszetétıl függ
• idıs korban érfal rugalmassága csökken - szisztólés nyomás nı
Pközép= Pdiaszt +Ppulzus
3
1. a magas nyomású érszakasz (80-120 Hgmm) – az artériás rendszer
A keringési rendszer szakaszai
higanyoszlop (a nyomást Hgmm-ben jelzi)
felfújhatómandzsetta
artéria
fonendoszkóp
nincs hang (az artéria teljesen összenyomott)
súrlódó hang (az artéria részben nyitott, ill. zárt)
nincs hang (az artéria teljesen
nyitott)
higanyoszlop (a nyomást Hgmm-ben jelzi)
felfújhatómandzsetta
artéria
fonendoszkóp
nincs hang (az artéria teljesen összenyomott)
súrlódó hang (az artéria részben nyitott, ill. zárt)
nincs hang (az artéria teljesen
nyitott)
• vérnyomásmérés: a. brachialis-ban a kamrai szisztóle és diasztóle alatt mérhetı nyomás
Pközép= 2xPdiaszt
3
+ Psziszt
2. prekapilláris rezisztanciaerek (100-40 Hgmm)
• kis artériák + arteriolák + prekapilláris szfinkterek
• a nagy vérkör perifériás ellenállásának, a nyomás- és áramlásviszonyok beállításának nagy része itt zajlik
A keringési rendszer szakaszai
arteriola
simaizom
metarteriola
kapilláris
posztkapilláris venula
venula
prekapilláris szfinkter
szfinkterek összehúzódása
• az érkeresztmetszet kis változása már jelentıs változásokat okoz - mechanikai, kémiai és idegi tényezık hatékony szabályozó szerepe
A keringési rendszer szakaszai2. prekapilláris rezisztanciaerek (100-40 Hgmm)
ha tágulnak:
• a magas nyomású érszakaszon az artériás nyomás csökken;
• véráramlás sebessége nı;
• kapillárisokban vérnyomás nı
ha szőkülnek:
• artériás nyomás nı
• átáramlás sebessége csökken;
• a kapilláris nyomás csökken
• arteriolák kezdete és vége között nagy nyomásesés
• az artériák pulzáló áramlása és nyomás ingadozása a kapillárisok elejére megszőnik - folyamatos áramlás
A keringési rendszer szakaszai3. az alacsony nyomású érszakasz (<20 Hgmm)
• kapillárisok, teljes vénás rendszer, jobb szívfél, tüdıkeringés, bal pitvar (bal kamra nem!)
• venulák, vénák: kapacitás (tároló) erek, térfogati rezervoárok (össz-vérmennyiség 55-65%-a)
• kapillárisok: kicserélıdési szakasz
4. + bal kamra (8-120 Hgmm)
~27%~73%vérmennyiség eloszlása
6 91 perfúziós nyomás
14 93artériás középnyomás
13 40 pulzusnyomás
9 80 artériás diasztólés nyomás
24 120 artériás szisztólés nyomás
24 120 kamrai szisztólés nyomás
1-2 >5kamrai diasztólés nyomás
5-5,5 l5-5,5 lperctérfogat
kis vérkörnagy vérkör[Hgmm]
A kis és a nagy vérkörre jellemzı értékek
A vérmennyiség átlagos megoszlása
nagyvérkör vénái és venulái (térfogati rezervoárok)
~64%
kisvérkör erei~9%
szív~7%
nagyvérkör kapillárisai
nagyvérkör artériái és arteriolái
~13%
A kapilláris keringés
• anyagkicserélés: kapillárisok és posztkapilláris venulák
• 1 mm hossz, 3-10 µm átmérı; növekedés igény-függı
• áramlás, nyomásviszonyok szabályozása: prekapilláris szfinkter- kapilláris hely és funkció-függızárása/nyitása
• ált. lassú átáramlás (0,5-1 mm/sec; vörösvértest átl. 1 sec-t tölt a kapillárisban), szöveti sejtek max. 3-4 sejtnyi távolságra
• ellátási (anyagcsere) és nem-ellátási (pl. hıszabályozás) keringés
arteriola
simaizom
metarteriola
kapilláris
posztkapilláris venula
venula
prekapilláris szfinkter
arteriola
simaizom
metarteriola
kapilláris
posztkapilláris venula
venula
prekapilláris szfinkter
ideg
arteriola
prekapilláris szfinkter
kapillárisok
arteriovenózus anasztomózis
posztkapilláris venula
simaizom-sejt
pericita
endotélsejt
m. basalis
izmos venula
a véráram iránya
ideg
arteriola
prekapilláris szfinkter
kapillárisok
arteriovenózus anasztomózis
posztkapilláris venula
simaizom-sejt
pericita
endotélsejt
m. basalis
izmos venula
a véráram iránya
ideg
arteriola
prekapilláris szfinkter
kapillárisok
arteriovenózus anasztomózis
posztkapilláris venula
simaizom-sejt
pericita
endotélsejt
m. basalis
izmos venula
a véráram iránya
• arterio-venózus anasztomózis v. átkötés(bır, bır alatti kötıszövet)
Anyagtranszport a kapillárisokban
- a nyomásviszonyok miattifiltráció sokkal hatékonyabb, mint a diffúzió!
• a folyadékáramlás irányát a kapillárisokon belüli és kívüli hidrosztatikai (vérnyomás) és kolloidozmotikus (vérplazma fehérjék) nyomáskülönbség befolyásolja
• anyagok átjutása:- gázok: diffúzió- lipid-oldékony anyagok: érfalon keresztül diffúzió- vízoldékony anyagok: endotél sejtek típusától függıen
kapilláris
artéri-ás vég
véráram vénás vég
filtráció visszaszívásintersticiális tér
kapilláris
artéri-ás vég
véráram vénás vég
filtráció visszaszívás
kapilláris
artéri-ás vég
véráram vénás vég
filtráció visszaszívásintersticiális tér
- artériás végen átszőrıdés (filtráció) a szövet közötti térbe
- vénás végen visszaszívódás a szövet közötti térbıl
• kapillárisfal fehérjére ált. nem permeábilis – ultrafiltráció(csak víz és kis molekula jut át)
A kapilláris filtráció
- a vérplazmában a fehérjék konc-ja nagyobb, mint az intersticiális folyadékban -> nagyobb a Pozm is!
a vér hidrosztatikai nyomása (Pkap): vérnyomáskülönbség az erek belseje és a szövet közötti tér között
a vér kolloidozmotikus nyomása (Pozm):ozmotikus nyomáskülönbség a vérplazma és a szövet közötti folyadék között (fehérjék)
a kettı viszonya szabja meg az effektív filtrációs nyomást
•Starling-féle filtrációs mechanizmus
- az artériás és a vénás végek között a Pozm nem változik sem a kapilláris hosszában, sem a szövet közötti térben
• vér kolloid ozmotikus nyomása (BCOP): 26 Hgmm ("vizet vonz a kapillárisba")
• szövet közötti tér ozmotikus nyomása (IFOP): 1 Hgmm ("vizet vesz ki a kapillárisból")
A kapilláris filtráció
- a kapillárison belül a vérnyomás (hidrosztatikai nyomás) az artériás és vénás vég között csökken
a kettı viszonya szabja meg az effektív filtrációs nyomást
az effektív filtrációs nyomás az átszőrıdés és a folyadék-visszaszívás arányát határozza meg
• artériás kapilláris vérnyomás (BHP): 35 Hgmm
- a szövet közötti tér hidrosztatikai nyomása állandó
a vér hidrosztatikai nyomása (Pkap): vérnyomáskülönbség az erek belseje és a szövet közötti tér között
a vér kolloidozmotikus nyomása (Pozm):ozmotikus nyomáskülönbség a vérplazma és a szövet közötti folyadék között (fehérjék)
• vénás kapilláris vérnyomás (BHP): 16 Hgmm
•Starling-féle filtrációs mechanizmus
• IFHP: ~0 Hgmm
A kapilláris filtráció
netto filtráció netto reabszorpció
artériás vég vénás vég
netto filtráció (~20l/nap) netto reabszorpció (~17l/nap)
(BHP+IFOP) (BCOP+IFHP)-NFP =
véráramlás a venulák felé
véráramlás az arteriolák felıl
vérplazma
nyirokfolyadék
nyirokér
szövetközötti tér (folyadék)
NFP = (35 + 1) - (26 + 0)NFP = 10 Hgmm
NFP = (16 + 1) - (26 + 0)NFP = -9 Hgmm
szöveti sejt
BHP = vér hidrosztatikai nyomásaIFHP = intersticiális folyadék hidrosztatikai
nyomásaBCOP = vér kolloid ozmotikus nyomásaIFOP = intersticiális folyadék ozmotikus
nyomásaNFP = netto filtrációs nyomás
- a vissza nem szívott folyadékot a nyirokrendszer szállítja el
A vénás rendszer• vékony fal, nagy tágulékonyság - kapacitáserek
• sok "átkötés" (anasztomózis) a mély és a felületi vénák között (visszér: kitágult vénák)
• billentyők - véráramlás segítése, izompumpa
véna
billenty ők
• alacsony nyomás (max. 11 Hgmm) - jobb pitvarban nyugalomban 0 Hgmm (centrális vénás nyomás)
proximális billenty ő
disztális billenty ő
A vénás rendszermi szabja meg a vénás vérnyomást?
• kapillárisnyomás (vénákba jutó vér mennyisége, beáramló vér nyomása)
• légzési hatás (hasüregi és mellüregi nyomásváltozások: vénák összenyomása / tágítása)
2. keringésen kívüli tényezık:
1. keringési tényezık:
• saját simaizomsejtek tónusa (nagyobb vénák szimpatikus beidegzése: keresztmetszet-csökkenés)
• jobb szívfél, kis vérkör mőködése ("kimeneti" vérnyomás, vénákból kiáramló vér mennyisége)
• vázizomzat mőködése (izompumpa)
• testhelyzet (gravitációs hatás, alsó vénák tágulása)
• külsı nyomás (pl. szoros harisnya)
bal oldal jobb oldal
nyom
ás
(Hgm
m)
kamrai térf. (ml)
EKG
bal oldal jobb oldal
nyom
ás
(Hgm
m)
kamrai térf. (ml)
EKG
jobb pitvar
jobb kamra
bal pitvar
bal kamra
tüdıartéria
aorta• jobb kamra - a. pulmonalis - artériák -arteriolák - tüdıkapillárisok - venulák -vénák - v. pulmonalis - bal pitvar
• a kis és a nagy vérkörben az átáramlóvérmennyiség (a perctérfogat) azonos, de a nyomásviszonyok jelentısen eltérnek
• az alacsonyabb hidrosztatikai nyomás miatt a tüdıben ált. csak kevés intersticiális folyadék keletkezik
A kis vérköri keringés
• az artériás középnyomás csak 1/7-e a nagy vérkörinek és csak kis mértékben csökken, így
• a tüdı arteriolák nem rezisztencia-erek (nincs prekapilláris szfinkter!)
• a kis vérköri ellenállás sokkal kisebb (érfal vékonyabb, kevesebb izom, jóval tágulékonyabb)
A kis vérköri keringés• alveoláris O2 hiány (hipoxia): vazokonstrikció (érszőkület) – a nem megfelelıen ventillált tüdırész kiesik a keringésbıl (a nagy vérkörben ezzel szemben a hipoxia értágulást okoz!)
A nyirokáramlás
- intersticiális folyadék: folyamatos kicserélıdés a vérplazmával a kapillárisokon keresztül; kb. 1%-a nyirok-kapillárisokba kerül (nyirok)
• szövetközötti tér (intersticiális tér; ICF): kötıszöveti rostállomány, mátrixanyagok (kevés fehérje is), elektrolit oldat (ionok)
- egyirányú áramlás; ~3 l/nap
venula
szöveti sejt
szövet közötti folyadék
vér
nyirok
arteriola
kapilláris
nyirok kapilláris
nyirok kapilláris
szöveti sejt
szövet közötti folyadék
rögzítıfonalak
nyirok
nyílások
A nyirokkeringés
- szövetközti folyadék állandó szinten tartása (kapilláris filtráció >visszaszívás)
- immunológiai fukció: nyiroksejtek, védekezés
• nyirokkapilláris - nyirokér - nyirokcsomó -ductus thoracicus, tractus lymphaticus - vénás rendszer
csecsemı-mirigy (tímusz)
vörös csontvelı
lép
Peyer-féle csomó
nyirokerek
nyirok-csomók
• fı funkciók:
- lipidek, zsíroldékony vitaminok szállítása (fıleg bélbıl)
• a bal oldali nyirokkeringés nagyobb területet fed le
jobb oldali nyirokvezeték
bal oldali nyirokvezeték
A nyirokkeringés
• ödéma: filtráció - reabszorpció - nyirokáramlás egyensúlyának felborulása
- vénás visszaáramlás gátlása (gravitáció)
- effektív filtráció növekedése (pl. máj-, veseelégtelenség;
- nyirokér elzáródás (elkötés; mozdulatlan végtag)
• a nyirokkeringés fenntartása (ld. vénás rendszer):
• billentyők: egyirányú áramlás
KIS VÉRKÖRNAGY VÉRKÖR
nyirokér
nyirokkapilláris
billentyő
nyirokvezeték
véna
szöveti kapillárisok
artériaszív
nyirokcsomó
nyirokcsomó
nyirokkapilláris
tüdı kapillárisok
• izompumpa (vázizom)
• légzési hatás (mellüregi / hasüregi nyomás változása)
éhezés: plazmafehérje konc. csökkenés -> BCOP csökken, kevesebb visszaszívás)
Az emberi keringési rendszer áttekintése
artériás rendszer
vénás rendszer
nyirok-keringés
Speciális keringési rendszerek: koronáriaerek
koronária-artériák
koronária-vénák
"bypass"
"stent"
érplasztika
jobb
vénás szinusz
bal
A központi idegrendszer védırétegei: agyhártyák
• csontos koponya / gerinc + agyburkok- dura mater (külsı): kemény agyhártya
- arachnoidea (középsı): pókhálóhártya
- pia mater (belsı): érhordó agyhártya
szürkeállomány
fehérállomány
szürkeállományfehérállomány
gv-i idegek
dura mater
arachnoidea
pia mater
szubdurális tér
szubarachnoideális tér
szubdurális tér
epidurális felszín
szubarachnoideális tér agyfolyadék (likvor)
arachnoid villus
vénás sinusfejbır koponyacsont
Az agy folyadékterei
vér-agy gát: vérplazma – intersticiális tér között
3) szövetközötti tér (intersticiális tér v. folyadék, ICF)
2) vérplazma (erek)
4) cerebrospinális folyadék (CSF vagy likvor)
1) intracelluláris tér (ideg- és gliasejtek)
- kapilláris endotélsejtek szorosan zártak, speciális transzport (kivéve cirkumventrikuláris szervek!)
- ICF: endotélsejtek szekréciós terméke
vér-likvor gát: vérplazma – CSF tér között- ablakos kapilláris endotélsejtek, szorosan zárt ependima sejtek: choroid plexus (érfonat)
ependima sejtek(szoros kapcsolatok)
kapilláris
agykamraCSF
nagyagy
kisagy
nyúltvelıhíd
gerincvelı
Az agy folyadékterei a likvor (cerebrospinális folyadék, CSF)
• ~150 ml; 550 ml/nap termelıdés
• ~70% choroid plexus ependima sejtekbıl, ~30% ICF-bıl származik
• agykamrák, szubarachnoidális tér kitöltése
központi csatorna
4. agykamra
3. agykamra
oldalsóagykamrák (1-2.)
• fizikai védelem, anyagtranszport
vénás vérCSF
A cerebrospinális folyadék (CSF) keringése
gerincvelı
szubarachnoideális tér
központi csatorna
pia mater
arachnoideadura mater
vénás sinus
arachnoid villus
• visszaszívódás agyi vénás szinuszokból (arachnoid villus) a hidrosztatikai nyomáskülönbség alapján
choroid plexus
szubarachnoideális tér
• termelıdés (fıleg) az agykamrák choroid plexusaiban
agy-kamrák
magzat újszülött
O2 gazdag vérkevert vérO2 szegény vér
ductus arteriosusligamentum arteriosum
foramen ovalefossa ovalis
ductus venosusligamentum venosum
köldökvénákligamentum teres
placenta
A magzati és az újszülött keringés
köldökzsinór
köldök artériákligamentumok
máj
vese
tüdı
húgyhólyag
• placenta + köldökzsinór
• tüdıben nincs levegı, nagy ellenállás
• jobb pitvarból a vér közvetlenül a bal pitvarba jut
• jobb kamrába kerülı vér nagy része visszakerül az aortába
• köldökvéna O2 dús vére és a nagy vénák vére keveredik
Ábrák
Az egyes értípusok összehasonlítása
érkeresztmetszet
falvastagság
endotélium
rugalmas réteg
simaizom
kötıszövet
Az egyes értípusok összehasonlítása
alaphártya
alaphártya
endotél sejt
endotél sejt
elasztikus réteg
elasztikus réteg
simaizom
artéria véna
kapilláris
billenty ő
A szélkazán erek mőködése
• viszonylag nagy térfogat
• szők kimenet
• rugalmas fal, tágulékony
• aortafal rugalmas összehúzódása folyamatos áramlást biztosít
aorta
kamrai szisztóle kamrai diasztóle
A kapilláris keringés
ideg
arteriola
prekapilláris szfinkter
kapillárisok
arteriovenózus anasztomózis
posztkapilláris venula
simaizom-sejt
pericita
endotélsejt
m. basalis
izmos venula
a véráram iránya
ideg
arteriola
prekapilláris szfinkter
kapillárisok
arteriovenózus anasztomózis
posztkapilláris venula
simaizom-sejt
pericita
endotélsejt
m. basalis
izmos venula
a véráram iránya
ideg
arteriola
prekapilláris szfinkter
kapillárisok
arteriovenózus anasztomózis
posztkapilláris venula
simaizom-sejt
pericita
endotélsejt
m. basalis
izmos venula
a véráram iránya
A prekapilláris szfinkterek mőködése
A nyirokkeringés
venula
szöveti sejt
szövet közötti folyadék
vér
nyirok
arteriola
kapilláris
nyirok kapilláris
nyirok kapilláris
szöveti sejt
szövet közötti folyadék
rögzítıfonalak
nyirok
nyílások
A nyirokszervek és a nyirokerek
jobb oldali nyirokvezeték
bal oldali nyirokvezeték
jobb vena jugularis
bal vena jugularis
v. cava inf.
csecsemı-mirigy (tímusz)
vörös csontvelı
lép
Peyer-féle csomó
nyirokerek
nyirok-csomók (~ 600 db)
A nyirok- és a vérkeringés kapcsolataKIS VÉRKÖRNAGY VÉRKÖR
nyirokér
nyirokkapilláris
billentyő
nyirokvezeték
véna
szöveti kapillárisok
artériaszív
nyirokcsomó
nyirokcsomó
nyirokkapilláris
tüdı kapillárisok
szubarachnoi-dális tér
IV. agykamra
III. agykamra
ependima
plexus choroideus
oldalsó agykamra
vénás szinusz (arachnoid villi)
A hálózatos érfonat (choroid plexus)
ependima sejtek(szoros kapcsolatok)
kapilláris
agykamraCSF
choroid plexus
oldalsóagykamra
A szívmőködés és a keringés szabályozása
A keringési rendszer szabályozása
fı szabályozási lehetıségek:
II. perifériás ellenállásváltoztatása
III. kapacitás erek térfogatánakváltoztatása
• 1 perc alatt az egyik szívkamra által a nagyerekbe juttatott vérmennyiség
I. perctérfogat változtatása
• rezisztenciaerek, ált. arteriolák átmérıjének változtatása
• vénák keresztmetszete, a tárolt vérmennyisége
szív
feji területek keringése (nagy vérkör)
tüdıkeringés (kis vérkör)
máj
gyomor
lép
bél-rendszer
medence
alsóvégtagok
nagy
vér
kör
• kronotrop hatás: frekvenciaváltozás - bradikardia (lassulás)- tachikardia (gyorsulás)
A szívmőködésben megfigyelhetı változások
• inotrop hatás: kontrakció erısségének változása
• dromotrop hatás: ingerületvezetési sebesség változás
• batmotrop hatás: ingerelhetıség változása
mindegyik lehet pozitív (serkentı) és negatív (gátló) is
• perctérfogat = szívfrekvencia x pulzustérfogat; 1 perc alatt az egyik szívkamra által a nagyerekbe juttatott vérmennyisége; kb. 5-5,2 l/perc
• pulzustérfogat = a szívbıl kipumpált vér mennyisége egy szívciklus alatt; kb. 70-75 ml
A pulzustérfogat szabályozása 1.
• pulzustérfogat = a szívbıl kipumpált vér mennyisége egy szívciklus alatt; függ:
• vénás beáramlás és pitvari kontrakció alatti nyomásviszonyok
• kamrai szisztóle alatti nyomásviszonyok
szívizomzat állapota• kamraösszehúzódás
erıssége• kamrafal tágulása
nyomásviszonyok
• aorta/tüdıartéria nyomása
• a kamratelıdéshez rendelkezésre álló idı
szívfrekvencia
végszisztolés kamratérfogat(kontrakció után)
végdiasztolés kamratérfogat (kontrakció elıtt) különbségétılés
„utóterhelés” „elıterhelés”
• a szívizom mechanikai teljesítményének szabályozása:
1) szisztólés tartalék: az izomkontrakció erejének fokozása (pozitív inotróp hatás)
• koffein: Ca2+ beáramlás növelése a szarkoplazmás retikulumból• noradrenalin: cAMP szint, Ca2+ szint növelése
- szimpatikus hatások, intracelluláris Ca2+ szint fokozása révén
2) diasztólés tartalék: a szív feszülésének ( azaz az elıterhelés) növekedésével a kontrakció ereje egy bizonyos határig nı
A pulzustérfogat szabályozása 2.
- erısebb összehúzódás -> kisebb végszisztólés kamratérfogat -> nagyobb pulzustérfogat
- nagyobb végdiasztólés térfogat -> nagyobb kamrafeszülés -> erısebb összehúzódás -> nagyobb pulzustérfogat
- Frank-Starling törvény: a diasztólés telıdés fokozódása erıteljesebb kontrakcióhoz vezet; azaz a szív a kontrakcióerısségét a kezdeti rosthosszúság változtatásával szabályozza
• a szívizom mechanikai teljesítményének szabályozása:
A pulzustérfogat szabályozása 3.
2) diasztólés tartalék: a szív feszülésének ( azaz az elıterhelés) növekedésével a kontrakció ereje egy bizonyos határig nı
rela
tív e
rı
szarkomera hossz (µm)
• szarkoméra-szerkezet "optimális" elıfeszítése: legyen hely a miozin fejek aktin filamentumokon történı elmozdulásához
• nyomási terhelés:
• térfogati terhelés:• ha a vénás visszatérés megnı ->
szisztóle végén több marad vissza
elıször nem tudja kipumpálni a megnıtt térfogatot ->
• ha a perifériás ellenállás megnı ->
• új egyensúly: nagyobb feszülés a diasztóle végén, erısebb kontrakció
elıször a korábbi perctérfogatot a nagyobb nyomás ellenében nem tudja kipumpálni ->
szisztóle végén nagyobb nyomás a kamrában
• új egyensúly: nagyobb feszülés a diasztóle végén, erısebb kontrakció
példák a Frank-Starling törvényre:
A pulzustérfogat szabályozása 4.
A szív beidegzése
nyúltvelı
gerincvelı
keringésszabályozási központ
n. X. (nervus vagus)
szimpatikus határdúc
szimpatikus posztganglionáris rostok (plexus cardiacus)
szimpatikus preganglionáris neuronok átkapcsolása
paraszimpatikus preganglionáris neuronok átkapcsolása
SA csomó AV csomó
kamrafal
küszöb-potenciál
(1) kation be
Ca2+
be(2) (3) K+ kiküszöb-
potenciálküszöb-potenciál
(1) kation be
Ca2+
be(2) (3) K+ ki
pacemaker potenciál
• alapvetıen a vegetatív idegrendszer szabályozza- nyugalomban ~70/perc; munkavégzésnél >120-180/perc
paraszimpatikus idegrendszer: X. agyideg (nervus vagus, bolygóideg)
• átkapcsolás (dúc; ganglion) a szív felszínén vagy falában
• állandó gátló hatás: vagusok átvágásával a szívfrekvencia nı (70 -> 150-180 /perc)
• gyorsan kialakuló és megszőnı hatás
- jobb oldali ág: szinuszcsomó; bal oldali ág: AV csomó
• ingerületképzés és –vezetés lassítása
A szívfrekvencia szabályozása 1.
- belsı ritmusgenerálás: pacemaker sejtek (szinusz-, pitvarkamrai csomó)
- kamra falra nincs beidegzés
mem
brán
pote
nciá
lpacemaker potenciál
akciós potenciál
preganglionáris rostposztganglionáris rost
gerincvel ı
agy
nyaki csigolyáktüdı
szív
könny-, nyálmirigyn. III.
n. VII.
n. IX.
n. X. (nervus vagus / bolygóideg)
paraszimpatikus dúcok
SA, AV csom
nyúltvel ı
A szívfrekvencia szabályozása 2.
szimpatikus idegrendszer:• beidegzés alsó 1-3 nyaki, felsı5-6 háti szegmentumból
• átkapcsolás a szimpatikus határdúcláncban
• lassan kialakuló, sokáig tartó hatás
- aszimmetrikus beidegzés- jobb ág: SA, AV csomó (frekvencia), bal ág: kamrafal (kontrakcióereje)
• pozitív inotrop, kronotrop, dromotrop, batmotrop hatás
mem
brán
pote
nciá
l
pacemaker potenciál
akciós potenciál
preganglionáris rostposztganglionáris rost
gyomorhasnyál-
máj
tüdı
szív
könny-, nyál-, tobozmirigy
a szív idegfonata
a szív idegfonata
pitvar-, kamraizomzat
SA, AV csomó
• teljes szívet beidegzı idegfonat (plexus cardiacus)
- fıleg noradrenalin, adrenalin felszabadulás (β1 adrenerg hatás)
A szívfrekvencia szabályozása 3.
1. a nyúltvelıi keringési központra ható idegi tényezık (ld. késıbb is!)
• magasabb agyi központok: "felkészülés"- agykéreg, limbikus rendszer, hipotalamusz
• proprioceptorok (ízületek mozgását érzı receptorok): fokozott izommunka
• kemoreceptorok: vér kémiai összetétele, CO2, O2 szintje
• baroreceptorok: vérnyomás változása
2. a nyúltvelıi keringési központra ható kémiai tényezık• hormonok: adrenalin, noradrenalin
- mellékvese velıben termelıdnek szimpatikus hatásra (mozgás, stressz), majd a keringésbe kerülnek
- szimpatikus beidegzéshez hasonló hatás: frekvencia és kontrakciós erı fokozása
A szívfrekvencia szabályozása 4.
2. a nyúltvelıi keringési központra ható kémiai tényezık (folyt.)• hormonok: pajzsmirigyhormon
- szimpatikus beidegzéshez hasonló hatás: frekvencia és kontrakciós erı fokozása
• kationok: a vérplazma Na+, K+, Ca2+ szintje- ritmusgeneráló sejtekben kialakuló akciós potenciál befolyásolása (emelt K+ szint: "tökéletes gyilkosság")
3. a nyúltvelıi keringési központra ható egyéb tényezık
• életkor (csecsemık: 120 ütés/perc); nem
• testhımérséklet (láz szinusz csomót serkenti)
• edzettség (sportolóknál nyugalmi állapotban alacsony szívfrekvencia a megnövekedett pulzustérfogat miatt)
A perctérfogat szabályozása (összefoglalás I.)
diasztólés vértérfogat (szív feszülése) �
kémiai hatások (adrenalin, pajzsmirigy-hormon), Ca2+ szint �
diasztólés artériás vérnyomás �
elıterhelés � összehúzódás � utóterhelés �
pozitív inotróp hatás �zsebes billentyők hamarabb nyílnak
pulzustérfogat �
kontrakció erıssége �(Frank-Starling törvény)
perctérfogat �
szívfrekvencia �
idegrendszeri hatások kémiai hatások egyéb hatások
szimpatikus hatás �n. vagus aktivitás �
életkor, nem, edzettség, testhımérséklet
kémiai hatások (adrenalin, pajzsmirigy-hormon), Ca2+ szint �
A perifériás ellenállás szabályozása
• ellenálláserek: kis artériák + arteriolák + prekapilláris szfinkterek
• az ellenállás nagyon függ az érkeresztmetszettıl (R ~ 1/d4)
• kismértékő érszőkülés / tágulás jelentısen befolyásolja a véráramlást és a vérnyomást
normál keresztmetszet
értágulás / vazodilatáció
érszőkülés / vazokonstrikció
arteriola
simaizom
metarteriola
kapilláris
posztkapilláris venula
venula
prekapilláris szfinkter
arteriola
simaizom
metarteriola
kapilláris
posztkapilláris venula
venula
prekapilláris szfinkter
szfinkterek összehúzódása
1. autoreguláció (bazális értónus)
Az érkeresztmetszet szabályozása 1.
• az érfalak a vérnyomás kisebb változásait képesek kiküszöbölni, így a véráramlás kis változások esetén közel állandó maradhat (vese, vázizom, agy, máj, szívizom)
- anyagcseretermékek (metabolitok) • pO2↓ (kivéve a tüdıt), pH↓, pCO2↑, pOsm ↑, T ↑, tejsav ↑(vázizom) : értágulás, áramlásnövekedés
- érsérülés, T ↓ : érszőkület, ellenállásnövekedés
- endotél sejtekben termelıdı faktorok• NO (nitrogén monoxid): hatásos értágító (ld. Viagra)
• endotelinek: hatásos érszőkítık
• prosztaciklinek: értágítás, vérlemezke aggregációgátlása (ld. aszpirin)
2. hormonokkeringési vazodilatátor (értágító) hatás:
a) pitvari natriuretikus peptid (ANP)- megnövekedett vénás telıdés miatti pitvarfal-feszülésre termelıdik
- szívben szekretált, vérnyomás- és vértérfogat-csökkentı hatás
- vesében Na+ és víz kiválasztást fokozza (=natriuretikus), szomjérzetet csökkenti
b) VIP (vazoaktív intesztinális peptid)
- gyomor-bélrendszerben elektrolitok és víz kiválasztását ↑
- bélrendszerben termelıdik
- perifériás ereket tágítja: vérnyomáscsökkentés
Az érkeresztmetszet szabályozása 2.
2. hormonokkeringési vazokonstriktor (érszőkítı) hatás:
a) adrenalin, noradrenalin (A, NA)- a mellékvesevelı kromaffin sejtjeiben termelıdik
- váz-, szívizom (koronáriaerek), tüdı arteriolákban: értágító hatás a véráramlás fokozására!
- magas noradrenalin szint(szimpatikus hatás): arteriola simaizom összehúzódása (bır, zsigerek): perifériás ellenállás, arteriás vérnyomás növelése
- vénákban tárolt vér mennyiségét csökkenti: keringési újraelosztás
Az érkeresztmetszet szabályozása 3.
magasabb idegi centrumok
gerincvelı
kromaffin sejt
kapilláris
adrenalin, NA
szimp. dúcpregangl. rost
magasabb idegi centrumok
gerincvelı
kromaffin sejt
kapilláris
adrenalin, NA
szimp. dúcpregangl. rost
2. hormonokkeringési vazokonstriktor (érszőkítı) hatás:
b) vazopresszin (antidiuretikus hormon, ADH)- termelıdés a hipotalamusz n. supraopticus, n. paraventricularis magban; neurohipofízisbıl szabadul fel
- normál körülmények mellett a fiziológiás szerepe kérdéses
- kiszáradás, stressz, erıs vérzés: érszőkítés, artériás vérnyomásnövelés
fájdalom+
magas vérplazma ozmolaritás
alacsony vérnyo-más
vízvissza-szívás
hipotalamusz neuroszekréciós
sejt
hipofízis hátsólebeny
győjtıcsatorna
fájdalom+
fájdalom+
magas vérplazma ozmolaritás
alacsony vérnyo-más
vízvissza-szívás
hipotalamusz neuroszekréciós
sejt
hipofízis hátsólebeny
győjtıcsatorna
Az érkeresztmetszet szabályozása 4.
2. hormonokkeringési vazokonstriktor (érszőkítı) hatás: c) renin - angiotenzin - aldoszteron rendszer- renin: vértérfogat, átáramlás csökkenésére vesében termelıdik, angiotenzinogénbıl angiotenzin I-t hasít
- aldoszteron elválasztást fokozza• mellékvese kéregbentermelıdik (mineralokortikoid),
• Na+ visszaszívást �
mellékvese kéreg
vazo-konstrikció
Na+visszaszívás �
diszt. tubulus
mellékvese kéreg
vazo-konstrikció
Na+visszaszívás �
diszt. tubulus
- angiotenzin II : angiotenzin konvertáló enzim (ACE) állítja elı- nagyon hatásos vazokonstriktor:szisztólés és diasztólés vérnyomást is emeli
- elektrolitforgalom szabályozása, vértérfogat �
Az érkeresztmetszet szabályozása 5.
3. az érátmérı idegi szabályozása
• értónus (perifériás ellenállás) szabályozása kizárólag a szimpatikus vegetatív idegrendszeren keresztül
• pl. prekapilláris rezisztenciaerek: véráramlás sebessége, artériás nyomás szabályozása
- simaizmot tartalmazó erek: noradrenerg beidegzés a szimpatikus posztganglionáris rostokból
• pl. zsigeri vénák: érösszehúzódás a vért az arteriális oldalra tereli (keringési átrendezıdés)
• szimpatikus vazokonstriktor (érszőkítı) hatás perifériás ellenállás ↑
• szimpatikus vazodilatátor(értágító) hatás
• vázizom, szív, tüdı, vese: szimpatikus izgalomra vérellátás növekedése; β2 adrenerg receptorok
vérellátás ↑
Az érkeresztmetszet szabályozása 6.
• α1 adrenerg receptorok
A keringésszabályozási központ
- nyúltvelıi „presszor” (vérnyomásemelı) központ
• pacemaker aktivitás, fı szabályozórégió
• nyúltvelıi rostroventrolaterális (RVL) sejtek nyúltvelı
hipotalamusz
agykéreg
bemenet
•magasabb agyi központok (agykéreg, limbikus rendszer, hipotalamusz)
•proprioceptorok (ízületek mozgása)•baroreceptorok (vérnyomás)•kemoreceptorok (pH, CO2, O2)
kimenet a végrehajtó szervek felé
• szív: csökkent szívfrekvencia
•szív: megnövelt szívfrekvencia és kontraktilitás
•erek: vazokonstrikció (vérnyomás fokozódása)keringési központ
vazomotor idegek(szimpatikus)
szívet gyorsító idegek(szimpatikus)
n. vagus(paraszimpatikus)
•mellékvesevelı: adrenalin, noradrenalin termelésszimpatikus rostok
• presszor központ közvetlen gátlása, nincs spontán aktivitás
• szimpatikus preganglionáris beidegzés serkentése- mellékvese adrenalin-termelés fokozása
• légzıközponttal együttmőködés: belégzéskor a szimpatikus efferens aktivitás, artériás vérnyomás nı
- szívmőködés (kontrakció, frekvencia) fokozása
- perifériás erek szőkítése, vérnyomás fokozása
- nyúltvelıi „depresszor” (vérnyomás-csökkentı) központ
A keringésszabályozási központ
- nyúltvelıi „presszor” (vérnyomásemelı) központ
- -
nyúltvelı
hipotalamusz
agykéreg
• NTS: nucleus tractus solitarii
A keringés központi szabályozása 1.a nyúltvelıi keringésszabályozási központ bemenetei:• felsıbb központok (limbikus kéreg, hipotalamusz, mesencephalon, formatio reticularis)
- gyors szívverés, ájulás emóciók, fájdalom hatására
• kemoreceptorok: glomus caroticum és aorticum; nyúltvelı(ld. légzés)
- normál körülmények mellett nem jelentıs szerep
- keringés lassulása, nagy vérveszteség is aktiválja
- légzés-szabályozásban fontosak igazán
- elsısorban hipoxiára (O2 hiány) érzékenyek: vazokonstrikció, vérnyomásemelés
- CO2 szint emelkedés: perifériás közvetlen hatás vazodilatáció (kipirulás) de centrálisan vazokonstrikció: ellentétes, kiegyensúlyozó hatás
A keringés központi szabályozása 2.
• baroreceptorok (vérnyomást érzékelı receptorok)
I. magas nyomású receptorzónák (sinus caroticum, aortaív)
nyúltvelı
gerincvelı
szimpatikus dúclánc
keringési központ
sinus aorticum
sinus caroticum
SA csomó
AV csomó
kamra-fal
szimpatikus posztggl. rost
afferens neuronefferens neuron
IX. agyideg
X. agyideg
- afferens axonok (IX, X. agyidegek) a nyúltvelıbe futnak- vérnyomást 50 - 200 Hgmm között érzékelik, normál artériás vérnyomásnál is aktívak
- gyors vérnyomásnövekedés:
depresszor központ aktiválása, presszor központ gátlása
aktiváció, akciós potenciálsorozat
gyors vérnyomásstabilizálás a szimpatikus hatás gátlásával
a nyúltvelıi keringésszabályozási központ bemenetei:
A keringés központi szabályozása 3.
• baroreceptorok (vérnyomást érzékelı receptorok)
II. alacsony nyomású receptorzónák (vena cava, a. és v. pulmonalis)
a nyúltvelıi keringésszabályozási központ bemenetei:
- pitvari receptorok a nagyerek beszájadzásánál
- falfeszülést érzékelik, térfogatnövekedésre aktiválódnak
- ADH, renin és aldoszteron-termelés reflexes szabályozása: hosszú távú, térfogatreguláló hatás
depresszor központ serkentése, presszor központ gátlása
A vérnyomás szabályozása (összefoglalás II.)artériás vérnyomás �
homeosztázis (normál vérnyomás) visszaállítása
baroreceptorok kevésbéfeszülnek
IX, X. afferens agyidegek aktivitása �
nyúltvelıi depresszor központ serkentése �, presszor központ gátlása �
szimpatikus aktiváció �paraszimpatikus hatás �
perctérfogat �, perifériás ellenállás és vérnyomás �, adrenalin termelés �
A vérnyomás szabályozása (összefoglalás III.)
vér-térfogat���� légzési pumpa���� vénás szőkülés����
izom-pumpa����
paraszimp. hatás����
szimp. hatás����, mellékvese adrenalintermelés����
vénás visszatérés����
szívfrek-vencia����
telıdési térfogat����
perctérfogat����
vvt szám����(policitémia)
testtömeg����(elhízás)
vér visz-kozitása����
érhossz����érkereszt-metszet����(vazokonstrikció)
szisztémás érellenállás����
artériás középnyomás����
• légzési szinusz (normál) aritmia: belégzés során a szívfrekvencia átmenetileg gyorsul, kilégzéskor lassul
RR
inte
rval
lum
(m
sec) szívfrekvencia (m
in -1)
idı (s)
22 éves
79 éves
belégzés
• belégzésnél jobb szívfél vénás telıdése nı
• gravitációs hatás: gyors felállásnál ájulás (vénás visszaáramlás, artériás középnyomás hirtelen csökkenése)
A keringésre ható egyéb folyamatok
• kilégzéskor vagus aktivitás nı
Ábrák
A szív paraszimpatikus beidegzése
preganglionáris rostposztganglionáris rost
gerincvel ı
agy
nyaki csigolyák
húgyhólyag
méhivarszervek
gyomor
hasnyál-mirigy
belek
máj
tüdı
szív
háti csigolyák
könny-, nyálmirigy
ágyéki szegmens
keresztcsonti szegmens
húgyvezeték
n. III.
n. VII.
n. IX.
n. X. (nervus vagus / bolygóideg)
paraszimpatikus dúcok
SA, AV csomó
nyúltvel ı
A szív szimpatikus beidegzése
preganglionáris rostposztganglionáris rost
szimpatikus határdúclánc
gerincvel ı
agy
nyaki dúcok
bır
húgyhólyag méh
ivarszervek
vese
mellékvese
gyomorhasnyál-mirigy
belek
máj
tüdı
szív
háti dúcok
könny-, nyál-, tobozmirigy
a szív idegfonata
ágyéki dúcok
pitvar-, kamraizomzat
SA, AV csomó
A vér élettana
A szervezet vízterei nıi testtömeg
egészséges, sovány felnıttek
férfi testtömeg
45% szilárd anyag
40% szilárd anyag
55% folya-dék
60% folya-dék
teljes folyadék-térfogat
extra-celluláris folyadék
2/3intra-
celluláris folyadék
1/3extra-
celluláris folyadék
80% szövet közötti
folyadék
20% vérplazma kapilláris
szöveti sejt
A szervezet vízterei
vérplazma (~4%)
kapilláris membrán
intersticiális folyadék (16%)
intracelluláris folyadék(40%)
vese
légutak
bır
tápcsatorna
sejtmembrán
extracelluláris foly.(20%)
testtömeg%
vérplazma55%
fehérje 7%
egyéb oldat 1,5%
víz91,5%
alakos elem45%
vér 8%
egyéb szövetek
92%
testtömeg térfogat db / µl
A vér összetétele 4,5-5 l
(46-63%)
(37-54%)
• elektrolitok (Na+, K+, Cl-)• szerves anyagok (glükóz, aminosavak, zsírsavak)
• bomlástermékek (urea, bilirubin)
• gázok (O2, CO2, N2)
• albumin (60%)• globulinok (ellenanyagok –immunoglobulinok; 35%)
• fibrinogén (4%)• enzimek, hormonok (<1%)
fehérvérsejt(5-10000)
vörösvértest(4,8-5,4 millió)
vérlemezke(150000-400000)
fehérvérsejtek
monociták
limfociták
neutrofil granulocita
eozinofil granulocita
bazofil granulocita
(<1%)
(2-4%)
(3-8%)
(20-25%)
(60-70%)
A vérsejtek típusai
vörösvértest (vvt)
vérlemezke neutrofil granulocita
bazofil granulocitaeozinofil
granulocita
neutrofil granulocita
monocita limfocita
limfocita
vérlemezke
vérlemezke
keringı alakos elemek
szöveti sejtek
A vérsejtek kialakulása (hematopoezis)
vérképzı ıssejt
embrió: szikhólyag, máj, lép -> vörös csontvelı
felnıtt : vörös csontvelı
vörös csontvelı (mieloid sejtek) nyirokszervek (limfoid sejtek)
máj, lép, csecsemımirigy,
nyirokcsomók
megakariocita
vérlemezkevörös-vértest eozinofil
bazofilneutrofil
granulocita
monocita T sejt B sejt NK sejt
makrofág plazma sejt
retikulocita
sejtmag elvesztése
limfocita
A vörösvértestek (vvt; erythrocita)
• ~120 nap élettartam; 4,5-5 millió/µl vér (µl: 10-6 l)
- erythroblast –> sejtmag elvesztése: retikulocita -> vvt
• alacsony szám: anémia (vérszegénység); szöveti O2 –ellátás problémája
- sarlósejtes vérszegénység (β lánc, 6. aminosav pontmutációja)
• hemoglobin: O2 és CO2 szállítás (ld. légzés) 4 globin alegység
• sejtmag nélküli, fánk alakú sejtek
- eritropoetin (EPO): O2 hiányra vesében termelıdik
- 4 fehérjelánc (globin; α2β2)
hem- hem: vastartalmú porfirinváz
• hematokrit: alakos elemek aránya a vérben (gyakorlatilag vvt-ek aránya)
A vörösvértestek "életciklusa": a hemoglobin körforgása
vérbenepében
makrofág (lép, máj, csontvelı)
vérképzés
~120 nap a keringésben
vizelet széklet
vékonybél
máj
vese
vastagbél
vvt pusztulás, fagocitózis
vörös csontvelı
A fehérvérsejtek (leukociták) I.• granulociták (60-80%):
• „mikrofágok”: baktériumok bekebelezése, fagocitózis, kemotaxis
• csontvelıben 9-12 nap, keringésben csak rövid ideig vannak jelen (<12h)
� neutrofil granulociták (50-70%):
• citoplazmában erıs szemcsézettség (ld. funkció)
• sejtmag erısen lebenyezett, karéjos
• magas szám: bakteriális fertızés, gyulladás, stressz, égési sérülés....
�eozinofil granulociták (<2-4%):
• parazita fertızés ellen: nagymérető sejtek megtámadása, fagocitózis
• lég-, húgyutak, tápcsatorna nyálkahártyájában
• allergiás reakciók: szemcsékbıl hisztamináz felszabadulás
• granulumokban proteolitikus enzimek, lizozim, oxidánsok
• szövettani festés alapján osztályozottak
• hízósejtekhez hasonlítanak: hisztamin, heparin és proteázok a granulumokban
• vazodilatáció: helyi gyulladási reakció fokozása
• allergiás reakciók, hiperszenzitív reakciók (rhinitis, anafilaxiás sokk)
A fehérvérsejtek (leukociták) II.• granulociták (60-80%):
� bazofil granulociták (<1%):
• monociták (2-8%):
• szöveti makrofággá alakulnak: gyulladás esetén intenzív fagocitózis
• pl. máj Kupfer-sejtjei, tüdı alveoláris makrofágjai
• magas szám: vírusos, gombás fertızés
• a neutrofilekhez képest lassabb aktiváció
• nagy sejtméret, vese vagy bab alakú sejtmag
fagocitózis
• specifikus (adaptív) immunválasz legfıbb szereplıi
� T limfociták:
- élettartam >10 év (memóriasejtek)
A fehérvérsejtek (leukociták) III.• limfociták (20-30%):
• kis méret, kerek sejtmag, kevés citoplazma
- vörös csontvelıben, majd csecsemımirigyben [tímusz] termelıdik
- sejtes válasz, vírusok és tumorsejtek ellen
� B limfociták:
� NK (natural killer) sejtek (5-10%):
- vörös csontvelıben, majd nyirokcsomóban, lépben termelıdik
- humorális válasz, ellenanyag-termelés
adaptív immunválasz
- vörös csontvelı, nyirokcsomóban, lépben fordul elı
- vírusfertızött vagy tumoros sejtek elpusztítása: perforin és proteázok termelése
természetes immunválasz
A vérlemezkék (trombociták)• csontvelıben, a megakariociták szétesésével keletkeznek, nem valódi sejtek
• 9-11 napos élettartam, 150.000-400.000 /µl
• fontos szerep a véralvadásban
A vérzéscsillapítás (hemosztázis)
1. helyi érreakció • közvetlen, reflexes vazokonstrikció• viszonylag rövid ideig áll fenn
• érfalak sérülése indukálja; egymást erısítı kölcsönhatások
• hibája: trombózis vagy vérzékenység
2. trombocita reakció
a) primer adhézió: trombocita összecsapódás, trombusdugó (fehér trombus)
b) aktiválódás, véralvadást elısegítı anyagok termelése (pl. trombin)
c) átmeneti aggregáció
A vérzéscsillapítás (folyt.)
külsı út
belsı út
érfal sérülés, szabad sejtfelszín
szabad kollagén, autoaktivációszabad alaphártya
sérült vérlemezke
szöveti faktor
V.
XII.
X.V.
XIII.
Ca2+ Ca2+
protrombintrombin
fibrin szálak
fibrinogén
Ca2+
Ca2+
közös útCa2+
aktivált vérlemezke
3. véralvadás
• vérplazma fibrinogénje fibrinné alakul át: vérlemezkékkel együtt vörös thrombus kialakítása
• véralvadási kaszkádrendszer: 12 faktor, egymást követı fehérjehasítás; Ca2+, K-vitamin alapvetı fontosságú
• "belsı út": kontakt fázis, autoaktiváció –pl. üvegre kicseppentett vérben is
• igen szabályozott folyamat: alvadási folyamatokkal egyidıben véralvadást gátlóhatások is beindulnak
• "külsı út": sérüléskor szabaddá válósejtfelszín vagy szöveti faktor indítja be
• protrombin-trombin átalakulás -> fibrinogén –fibrin átalakulás
• alvadék: vérlepény (sejtek, fibrinháló) és vérsavó
4. a véralvadás leállításaa) szabályozó fehérjék inaktiválása
• trombin aktivitás megszüntetése:
b) fibrinolízis: a fibrin szálak enzimatikus lebontása
• véralvadás mesterséges gátlása:
A vérzéscsillapítás (folyt.)
• plazminogén - plazmin átalakulás; plazmin lassan megemészti a thrombust
- trombomodulinhoz való kötés
- antitrombin irreverzibilisen gátolja
- proteázok gátlása (antithrombin, heparin)
- K-vitamin antagonista (dikumarol, patkányméreg)
- Ca++ megkötés (EDTA, Na-citrát, ammónium-oxalát)
• véralvadási zavarok:- hemofília (vérzékenység): valamelyik véralvadási faktor öröklött hiánya (gyakran X kromoszómás öröklés; fıleg fiúknál)
- alvadékonyság (trombózis): magas vérlemezke szám vagy spontán trombin aktiváció; magas Ca2+ szint
A sebgyógyulás (összefoglalás)
• kötıszöveti sérülés
• fibrin és fibronektin szálak kialakulása
• vérlemezkék PDGF és TGFβ termelése
• fibrinbıl felszabadulópeptidekneutrofileket és monocitákat vonzanak
• neutrofilek baktériumo-kat fagocitálnak
• monociták makrofágokkáalakulnak
• citokinek kapillárisok benövését, fibroblasztokat aktiválják
• makrofágok citokineket termelnek
• fibroblasztok a fibrindugó helyett kollagénIII-t és hialuronsavat termelnek
• az elsıdleges extracelluláris mátrixot felváltja a kollagénI, a végleges ECM mátrix
Immunológiai alapfogalmak, vércsoportok
Immunológiai alapfogalmak• antigén: azon molekula, amelyet a szervezet ellenanyag-molekulái felismernek
• epitop: az antigén azon felszíni része, amelyhez az ellenanyag kötıdni tud
• antitest vagy ellenanyag: a szervezet által termelt, a humorális védekezésben szerepet játszó immunglobulin molekulák
• tolerancia: ha a szervezet védekezı rendszere nem reagál valamilyen anyagra
• immunizálás: a szervezet védekezı-képességének kiváltása (aktív vagy passzív)
• immunitás: a szervezet valamilyen anyag jelenlétére immunválasz kialakításával képes válaszolni
• autoimmunitás: a szervezet a saját molekulái ellen is immunválaszt alakít ki
• immunoglobulin (IgG, A, M, E, D): az antitestek különbözı típusai
Az immunválasz
antigén-független antigéntıl függıkiváltása, a válasz típusa
azonnali lassúsebessége
lecseng, memória nincs elhúzódó, memóriahossza
bır, csillók, bélmozgás, szekrétumok
nincsfizikai védekezés
szérum molekulák, szekretált anyagok
ellenanyagokhumorális elemek
fagociták (neutrofil gr., makrofágok), citotoxikus sejtek (eozinofil gr., NK sejtek)
T és B limfocitáksejtes elemek
celluláris (sejtes) humorálispasszív aktív
nem-specifikus (veleszületett, természetes) specifikus (adaptív)
szöveti sérülés •külsı hatások, patogének •belsı elhalás, autoimmunitás
kapillárisok kitágulása, permeabilitás növekedése
vérplazma a szövet közötti térbe szivárog
fagocitáló sejtek átvándorlása az érfalon, kemotaktikus hatás
fagocitózis + citotoxikus hatás
további mediátor-felszabadulás
• értágító anyagok (hisztamin, szerotonin)• gyulladás-mediátorok (bradikinin, kallikrein)• proteázok
felszabadulása
RUBOR – CALOR – TUMOR – DOLOR
A természetes (nem specifikus) immunválasz: a gyulladás
A specifikus immunválasz: az ellenanyagok
CH1
VL
CL
VH
CH2 CH3
nyaki régió
szénhidrát
diszulfid kötés
• immunoglobulinok: plazmasejtek (B-sejtek) által termelt glikoproteinek
• variábilis régió: a szervezetben ~109 féle antigén felismerés! (VH és VL részeken keresztül)
• konzervatív régió: fajra jellemzı (CH és CL domének)
• 2 féle könnyő lánc (κ, λ), 5 féle nehéz lánc (α, γ, µ, ε, δ)
könnyő láncok
nehéz láncok
Az immunoglobulinok fıbb osztályai
szerkezet
szérum szint (mg/ml)
komplement aktiváció
placentán átjutás
IgM IgG IgA IgE IgD
makrofág aktiváció
jelenlét szekrétumban
nyál, váladék
nyál, váladék
tej tej tejtej
Az immunválasz kialakulása
1. antigén
immunizációt követı napok
ellena
nyag
titer 2.
antigén1.
antigén
immunizációt követı napok
ellena
nyag
titer 1.
antigén
immunizációt követı napok
ellena
nyag
titer 2.
antigén
antigén
immunizációt követı napok
ellena
nyag
titer LAG LOG LECSEN-
GÉSPLATÓ
antigén
immunizációt követı napok
ellena
nyag
titer LAG LOG LECSEN-
GÉSPLATÓ
az ellenanyag-szint változása
specificitás
elsı találkozás az antigénnel
további találkozás az antigénnel
• az Ig-termelıdés az elsıtalálkozást követı 1 héten belül indul meg, de az ellenanyag-szint lecsökken
• az antigénnel való újabb találkozás már gyors, specifikusabb és erıteljesebb immunválaszt vált ki: emlékeztetı oltás
A klonális szelekció: a „saját” és az „idegen” megkülönböztetése
1. Minden B limfocita felszínén egyféle, nagy specificitású receptor található
2. Ha egy idegen molekula (antigén) nagy specificitással kötıdik a receptorhoz, az az adott B limfocita aktiválódásához, elszaporodásához és specifikus ellananyagok termeléséhez vezet
3. A B limfocita aktiválódása során kialakuló plazmasejtek receptor-készlete a kiindulási, „anyai” receptorral azonos marad
4. Azok a B sejtek, amelyek az embrionális fejlıdés során a szervezet saját molekuláját felismerik, kiszelektálódnak - különben autoimmun reakció indul be
aktív immunizálás: az antigént erısen megkötı B limfociták plazmasejtekké alakulnak - ezek évek múlva is képesek nagy mennyiségőellenanyag gyors termelésére, ha az antigénnel újra találkoznak
Az emberi vércsoportok, vérátömlesztés
• sokféle vércsoport (>30), AB0 és Rh a legimmunogénebb
• vérátömlesztés, szöveti transzplantáció: nem alakulhat ki immunválasz a donor (adó) és a recipiens (kapó) sejtjei között
• általános szabály: a recipiens vérplazmájában találhatóellenanyagok (antitestek) nem reagálhatnak a donorból származósejtek felszínén található antigénekkel
• ha mégis:
- téves vérátömlesztéskor a donor vörösvértestjei kicsapódnak (hemagglutináció), trombózis alakulhat ki; szétesı vvt hemoglobinja mérgezı
- transzplantációkor a beültetett szerv "kilökıdik"
Az emberi vércsoportok: ABO• sejtfelszíni glikolipidek - nagy hasonlóság bakteriális antigénekkel
• minden szöveti sejt felszínén megtalálhatóak
• kodomináns öröklıdés
vércsoport
antigén a sejtek felszínén
ellenanyag (antitest) a vérplazmában
A B AB 0A antigén B antigén A és B antigén nincs antigén
anti-B ellenanyag anti-A ellenanyag
nincs ellenanyag
anti-A és anti-B ellenanyag
Az emberi vércsoportok: ABO
00, A, B, ABanti-A, anti-B-000
AB, A, B, 0AB-A és BABAB
B, 0B, ABanti-ABBB, B0B
A, 0A, ABanti-BAAA,A0A
kitıl kaphat vért
kinek adhat vért
ellenanyag a vérplazmábanantigéngenotípusvércsoport
• általános szabály: a recipiens vérplazmájában találhatóellenanyagok (antitestek) nem reagálhatnak a donorból származósejtek felszínén található antigénekkel
Az emberi vércsoportok: Rh
Rh-Rh-, Rh+csak
immunizálás után
-ddRh-
Rh+, Rh-Rh+-+DD, DdRh+
kitıl kaphat vért
kinek adhat vért
ellenanyag a vérplazmában
sejtfelszíni D (Rh+) antigén
genotípusvércsoport
• elsısorban vörös vértestek felszínén
• domináns-recesszív öröklıdés
• Rh- szervezetben csak Rh+ vérrel történı immunizálódást követıen alakul ki ellenanyag
• univerzális donor: • univerzális recipiens: 0, Rh- AB, Rh+
• Rh- szervezetben csak Rh+ vérrel történı immunizálódást követıen alakul ki ellenanyag
Az emberi vércsoportok: Rh
• megoldás: anya passzív immunizálása anti-D ellenanyaggal közvetlenül a szülés után
elsıterhesség
második terhesség
két terhesség között
Rh-anya
Rh+ magzat
2. Rh+ magzat
D (Rh+) antigének
anti-D ellenanyag
D (Rh+) antigének
• Rh vércsoport összeférhetetlenség:
Rh- anyának elsı Rh+ magzata
szüléskor magzati és anyai vér keveredik
Rh- anya immunizálódik: anti-D ellenanyag termelés
az anyai szervezet nem immunizálódik, nincs ellenanyagtermelés
következı Rh+ magzat károsodik a placentán átjutó anyai antitestek miatt
A klinikai vércsoport-meghatározás• a vörös vértestek kicsapódása (hemagglutinációja) a mesterséges ellenanyagok hatására : a vércsoport-antigének kimutatása
anti-A szérum
anti-B szérum
vér-csoport
A
B
AB
0
vörösvértest (A)
A antigén
anti-A ellenanyag
kicsapódás
nincs kicsapódás
vörösvértest (A)
A antigén
anti-B ellenanyag
A légzırendszer felépítése, a légzımozgások
A légzırendszer anatómiája
• felsı légutak: orr- és szájüreg, garat
- külsı orr: csontos és porcos elemek- orrüreg: 2 üreg (orrsövény); orrjáratok és orrmandula
• beszívott levegı nedvesítése, melegítése, fizikai szőrése; immunvédelem
• szaglás
• hangképzés: rezonancia
orrüreg
orr
felsılégutak
garat
gége
légcsı (trachea)
bordák
fı broncusok
bal oldali tüdılebenyek (2)
jobb oldali tüdılebenyek (3)
alsólégutak
szájüreg
- garat: száj- és orrüreg közös kivezetése
• szájüreg: ld. táplálkozás
• lágy szájpadlás: falat útjának elzárása
• nyálkahártyával fedett, izmos fal
porcos elemek
csontos elemek
kötı- és zsírszövet
orrmandula
garat
szájüreg
orrjáratok
• alsó légutak: gége, légvezetı rendszer, tüdı
- gége
ádámcsutka (pajzsporc)
gégefedı
légcsı
pajzsmirigy
mellékpajzsmirigy (4 db)C porcok
• gégefedı: tápcsatorna és légzırendszer elválasztása; nyeléskor elzárja a légcsövet
• glottis: hangszalagok és hangrés nyelv
hangszalagokhangrés
- hangerı: légnyomás erıssége
- hangmagasság: hangszalagok feszítettsége, rezgés frekvenciája
A légzırendszer anatómiája
- légcsı (trachea)
A légzırendszer anatómiája• alsó légutak: gége, légvezetı rendszer, tüdı
• nyelıcsı elıtt
• C-alakú porcos váz (üvegporc)
• csillós hámszövet
• elasztikus és rostos kötıszövet
• tracheális izom: simaizom a nyelıcsı felıli oldalon
- fıhörgık (bronchusok)• légcsıhöz hasonló felépítés
• dichotomikus (kettıs) elágazási rendszer: légcsı - alvelolusok között 23 szint
- hörgık (másodlagos, harmadlagos)
- hörgıcskék (bronchiólusok)• porcdarabok, kevés simaizom
• simaizom spirális kötegekben; támasztószövet nélkül a keresztmetszetük jelentısen csökkenhet (ld. asztma)
nyelıcsı légcsı
fıhörgıkhörgık
hörgıcskék
- légvezetékek és léghólyagocskák (alveolusok): csak itt folyik gázcsere
légzési bronchiolus
légzési bronchiolus
alveoláris vezeték
alveólus
alveoláris szeptum
fıhörgık
term. bronchiolus
bronchiolus
porc
A légzırendszer anatómiája
- vezetı zóna: trachea – fıhörgı (1.
szint) - hörgık (2-3.) – hörgıcskék, terminális bronchiolus (4-16.)
- kicserélıdési zóna: légzési bronchiólus (bronchioli respiratorii; 17-19.) – légvezetékek (ductus alveorales; 20-22.) – léghólyagocskák (alveolus; 23.)
• csak légvezetı funkció, gázcsere nincs
• alsó légutak: gége, légvezetı rendszer, tüdı
• ~ 300 millió léghólyagocska - összfelszín 50-100 m2
- a tüdıt kívülrıl 2 rétegőmellhártya borítja: fali(parietális) és zsigeri(viszcerális) lemez
- tüdılebenyek: 2 (bal), ill. 3 (jobb)
A légzırendszer anatómiája• alsó légutak: gége, légvezetı rendszer, tüdı
fali lemez
- mellhártyák között pleuraőr; benne savós folyadék
zsigeri lemez
jobb tüdılebeny
bal tüdılebeny
rekeszizom
pleuraőr
• nagy felületi feszültség, alacsony nyomás: hártyák összetapasztása
• hártyák oldalirányú elcsúszását segíti: könnyebb mozgás
• pneumothorax / hemothorax: pleuraőrbe levegı / vér kerül
a szétnyíló hártyák alatti tüdırész összeesik
A tüdılebenyek felépítése
terminális bronchiólus
tüdı arteriola
nyirokér
légzési bronchiólus
légvezetékek
léghólyagocska
tüdı venula
rugalmas kötıszövet
tüdı kapilláris
zsigeri lemez
alveolus
- a tüdı fala izmot nem, csak rugalmas kötıszövetet tartalmaz! -> passzív mozgás
nyirokér
A tüdıhólyagocskák (alveolusok) felépítésemonocita
rugalmas rost
kötıszövet
II. típusúalveoláris sejt
légzıhám
alveoláris folyadék + surfactant
I. típusúalveoláris sejt
makrofág
vörösvértest a tüdıkapillárisban
vörösvértest
endotél sejt
alaphártya kapi
lláris
hámszövet alap-hártyaI. alveoláris sejtszövet közötti folyadék
O2diffúzió
CO2diffúzió
I. típusú alveoláris sejt
II. típusú alveoláris sejt
• hámsejtek az alveólusok falában; gázcsere
• mikrovillusok; surfactant termelés
makrofágok
• fagocitálás, védelem
A légzıizmok
- bordaközi izmok
- rekeszizom
- hasizom
- hátizom, egyéb segédizmok
• nyugodt légzés esetén 1-2 cm mozgás (erıltetett légzésnél 300 mltérfogatváltozást elıidézı, 10 cm elmozdulás is lehet!)
• ált. csak 40/perc feletti légzımozgásoknál; kilégzést segíti
• külsı~: belégzésben, belsı~: kilégzésben vesz részt: bordák elmozdítása
• harántcsíkolt vázizom; beidegzés a gerincvelıi motoneuronokon keresztül
• a motoneuronok mőködését a nyúltvelıi légzésszabályozó központ irányítja (ld. légzésszabályozás)
• beidegzése az alsó nyaki (C3-5) gerincvelıi szegmensekbıl: háti gerincvelı sérülés esetén önálló légzés még fennmaradhat
• nyugalomban mellüregbe domborodik; összehúzódáskor ellapul
• nehézlégzés esetén belégzést támogatják
• beidegzés a háti (T1-11) gerincvelıi szelvényekbıl
A légzımozgások• a levegı áramlása passzív; az áramlás irányát a tüdı és a külvilág közötti nyomásviszonyok szabják meg
szegycsont
bordák elmozdulása
belégzés kilégzés
tüdıtérfogat nı
gerincoszlop
külsıbelsı
bordaközi izmok
borda
rekeszizom
külsı bordaközi izmok, rekeszizom összehúzódása
tüdıben a nyomás csökken
levegı beáramlik
bordák elmozdulása
rekeszizomborda
külsı
belsıbordaközi izmok
tüdıtérfogat csökken
rekeszizom elernyedése (belsıbordaközi izmok összehúzódása)
tüdıben a nyomás nı
levegı kiáramlik
ált. passzív!
A légzımozgásokbelégzés alatti izommozgások
erıltetett kilégzés alatti izommozgások
külsıbordaközi izmok
rekesz-izom
segédizmok
belsı bordaközi izmok
hasizom +
segédizmok
mellcsont
rekeszizom
belégzés
belégzés
kilégzés
kilégzés
Nyomásváltozások a tüdıben
nyugalomban (rekeszizom ellazult) belégzés (mellkastérfogat nı)
kilégzés (mellkastérfogat csökken)
légköri nyomás : 760 Hgmm
légköri nyomás : 760 Hgmm
légköri nyomás : 760 Hgmm
alveoláris nyomás : 760 Hgmm
alveoláris nyomás : 758 Hgmm
alveoláris nyomás : 762 Hgmm
pleura őri nyomás : 756 Hgmm
pleura őri nyomás : 754 Hgmm
pleura őri nyomás : 756 Hgmm
Térfogatváltozások a tüdıben
• felületi feszültség(alveolusok 50-100 m2 felszíne)
összeesés kifeszítés
• alveolusok interdependenciája (kölcsönös tágítás)
nyugodt kilégzés után éppen egyensúly áll fenn:
a tüdıszövetre kétféle hatás hat:
• a tüdıtérfogat, ill. a benne uralkodó nyomás passzívan, a légzési izmok mőködésének következtében változik
funkcionális reziduális kapacitás (FRC)
• tüdı rugalmas rostjai (passzív kilégzésben is segítenek)
• mellkas tágulása (gravitációs hatás)
• surfactant (II. alveoláris sejt terméke; felületi feszültség csökkentése)
Légzési térfogatváltozások
• áramlási vagy respirációs térfogat (tidal volume, VT): ~500 ml, egyetlen nyugodt légvétel alatt be/kilégzett térfogat
VT
VC
TLC
RV
FRC
• kilégzési vagy expirációs rezervtérfogat (ERV): nıkben ~800, férfiakban ~1200 ml
• belégzési vagy inspirációs rezervtérfogat (IRV): nıkben ~1900, férfiakban ~3100 ml
• vitálkapacitás (VC): nıkben ~3200, férfiakban ~4800 ml
• funkcionális reziduális kapacitás (FRC): nyugodt kilégzés után a tüdıben maradó térfogat
• reziduális térfogat (RV): max. kilégzés után a tüdıben maradt térfogat; nıkben ~1000, férfiakban ~1200 ml
• tüdı teljes térfogata (TLC): nıkben ~4200, férfiakban ~6000 ml
max. belégzési
térfogat
max. kilégzési térfogat
IRV
ERV
mérése: spirométer, spirogram (Hutchinson)
Légzési térfogatváltozások, fogalmakstatikus paraméterek
dinamikus paraméterek (pl. 0,5 sec alatt megmozgatott levegımennyisége; FEV0,5)
• testméret, • nem, • életkor, • edzettség
• légzıizmok fejlettsége, állapota
• fizikai adottságok (mellkas térfogata)
• légzıizmok fejlettsége
• tüdıszövet rugalmassága (elasztikus rostok mennyisége)
• légutak ellenállása
- bronchiolusok simaizomzatának tónusa
• bronchodilatáció: légutak tágulása (simaizom β2 adrenerg hatás; NO)
• bronchokonstrikció: paraszimpatikus hatás; irritáns anyagok, hideg levegı, hisztamin, gyulladási mediátorok, asztma
Légzési térfogatváltozások, fogalmak
anatómiai holttér: a vezetı zóna térfogata
fiziológiai holttér:
légzési perctérfogat: 14 x 500 ml=7 l/min
alveoláris ventilláció: a tüdıben 1 perc alatt valóban kicserélt gáz térfogata:
14 x 350 ml=4900 ml/min
• nyugalmi légzésnél ~150 ml -> csak ~350 ml levegıcserélıdik
• ha összes alveolus ventillált: az anatómiai holttérrel megegyezik
• ha a ventilláció nem megfelelı: az anatómiai holttér térfogata megnı
A gázcsere alapjai, a légzési gázok szállítása
• szárazföldi gerincesek: a hatékony gázcseréhez a környezet és a sejtek közötti egyszerő diffúzió nem elég
- légutak kialakítása (melegítés, párásítás, szőrés)
- áramlás folyamatos, kétirányú biztosítása a határfelszínek mentén (légmozgás és kapilláris-keringés)
- gázok szállítása a vérben• vérplazmában, ill. vörösvértestek segítségével
Alapfogalmak
• sejtlégzés: az anyagcsere folyamatokhoz szükséges O2
felvétel és CO2 leadás folyamata a sejtekben - gázcsere
• légzés: a légzési gázok kicserélése diffúzióval
~ külsı: alveoláris levegı és tüdıkapillárisok között
~ belsı: szöveti kapillárisok és szöveti sejtek között
Alapfogalmak
szövetekvéráramlástüdı alveólus
levegı
alveólus epitélium
kapilláris endotéliumdiffúzió diffúzió
sejtmembrán
külsı légzés belsı légzés
• speciális határfelszínek: alveólus hám; kapilláris endotélium + sejtmembrán
• O2 és CO2 kicserélıdés passzív folyamat (diffúzió); sebessége függ
• az adott gáz koncentráció (parciális nyomás) viszonyaitól
• a felület nagyságától
• a diffúziós távolságtól
- a transzport irányát is megszabja!
• a gázmolekula méretétıl és oldhatóságától
parciális nyomás: a teljes gázkeverék össznyomásából az adott gázra esı nyomásérték
oldott gáz nyomása (tenziója): azonos a vele egyensúlyban lévıgázfázisban az adott gáz parciális nyomásával (hımérséklettıl függ!)
5,34013,2100tüdı véna
6,1455,340tüdı artéria
5,34013,4105alveoláris gáz
0,040,319,7150nedves levegı
0,040,321,0160száraz levegı
PCO2
(%)PCO2
(Hgmm)PO2
(%)PO2
(Hgmm)
• légköri légnyomás (tengerszinten): 760 Hgmm
Alapfogalmak
A légzési gázok külsıés belsı légzés alatti
parciális nyomásváltozásai
légköri leveg ı: PO2: 160 HgmmPCO2: 0,3 Hgmm
alveolus
tüdı felé
jobb pitvar felé
bal pitvar felé
szövetek felé
alveoláris leveg ı: PO2: 105 HgmmPCO2: 40 Hgmm
oxigenált vér : PO2: 100 HgmmPCO2: 40 Hgmm
deoxigenált vér : PO2: 40 HgmmPCO2: 45 Hgmm
CO2 kilégzésO2 belégzés
tüdı kapillárisok
szöveti kapillárisok
szövetek : PO2: 40 HgmmPCO2: 45 Hgmm
belsılégzés
küls ılégzés
nagy vérkör
kis vérkör
monocita
rugalmas rost
kötıszövet
II. típusúalveoláris sejt
légzıhám
alveoláris folyadék + surfactant
I. típusúalveoláris sejt
makrofág
vörösvértest a tüdıkapillárisban
vörösvértest
endotél sejt
alaphártya kapi
lláris
hámszövet alap-hártyaI. alveoláris sejtszövet közötti folyadék
O2diffúzió
CO2diffúzió
Az alveoláris légzıhám felépítése
légzıhám
surfactant
alveoláris epitélium (I. típusú
sejtek)
intersticiális tér
vérplazma
vörösvértest
• respirációs (légzési) epitélium: 0,5 – 15 µm vastag, többrétegőspecializált határfelület
kapilláris endotélium
Az O2 szállítása• O2 fizikai oldódása rossz (halpusztulás, „pipálás”)
• 5 l vér nyugalomban 250-280 ml O2/min szállít, munkavégzéskor akár 4000 ml O2/min igény is lehet!
• hemoglobin (Hgb): O2 oldódás ~70x növelése
- oxihemoglobin élénkpiros, deoxihemoglobin sötét lilás-vörös (artériás/vénás vér színe)
- vörösvértestekben tárolt; csontvelıben szintetizálódik
vérbenepében
makrofág (lép, máj, csontvelı)
vérképzés
~120 nap a keringésben
vizelet széklet
vékonybél
máj
vese
vastagbél
vvt pusztulás, fagocitózis
vörös csontvelı
- 4 fehérje-alegységbıl épül fel (globin; felnıttben pl. α2β2)- reverzibilis O2 kötés: hem
(vastartalmú porfirinváz; Fe2+)
hemoglobin
hem
- max 4db O2 kötés / Hgb
A hemoglobin O2 kötése- O2-kötési képességét az ún. szaturációs (telítettségi) görbe jelzi
a H
gb O
2-te
lítet
tség
e (%
)
deoxigenált vér (összehúzódó vázizom)
deoxigenált vér a szövetekben (nyugalomban)
oxigenált vér az
artériákban
• 100% telítettség: csak oxiHgb; mindegyik Hgb 4 O2-t köt
• 50% telítettség: pl. a Hgb 50%-a köt O2-t, ill. a 4 helyett 2 O2 / Hgb kötés
- az O2-kötési képessége a parciális O2-nyomástól igen jelentısen függ
• minél nagyobb a PO2, annál nagyobb a Hgb O2-telítettsége
• artériás, oxigenált vérben a Hgb ~100%-ban telített - a szöveti kapillárisokban, 40 Hgmm PO2
mellett a Hgb ~70%-ban telített -> O2 leadás történt
• fokozott izommőködés esetén a Hgb telítettsége már csak ~ 35% -> igen nagyfokú O2 leadás
- O2-kötési képességét az ún. szaturációs (telítettségi) görbe jelzi
a H
gb O
2-te
lítet
tség
e (%
)
PO2 (parciális O2 nyomás; Hgmm)
"normál" görbe"jobbra tolt"
görbe
"balra tolt" görbe
• "jobbra tolt" görbe:
azonos PO2 mellett a Hgb kevesebb O2-t köt - azaz több O2-t tud leadni
• "balra tolt" görbe:
azonos PO2 mellett a Hgb több O2-t köt - azaz több O2-t tud felvenni
O2 leadás fokozódása
O2 felvétel fokozódása
pl. a szövetekben az alacsony affinitás (azaz az alacsony O2-kötés és nagy O2-leadás) a „jó”
pl. a tüdıben a magas affinitás (azaz a magas O2-kötés és a kis O2-leadás) a „jó”
A hemoglobin O2 kötése
- a PO2 mellett számos más tényezı is befolyásolja a Hgb szaturációs görbéjét
"jobbra tolt" görbe:
"balra tolt" görbe:
• savasodás (pH �), ill. CO2 termelése(pCO2 �)
• lúgosabb környezet (pH �), ill. alacsonyabb CO2 szint (pCO2 �)
• magasabb hımérséklet (T �)
• alacsonyabb hımérséklet (T �)
a H
gb O
2-te
lítet
tség
e (%
)
PO2 (parciális O2 nyomás; Hgmm)
"normál" görbe"jobbra tolt"
görbe
"balra tolt" görbe
O2 leadás fokozódása
O2 felvétel fokozódása
a H
gb O
2-te
lítet
tség
e (%
)
PO2 (parciális O2 nyomás; Hgmm)
"normál" görbe"jobbra tolt"
görbe
"balra tolt" görbe
O2 leadás fokozódása
O2 felvétel fokozódása
• vörösvértestek aerob anyagcseréje(glikolízis; 2,3-difoszfoglicerát termelés �)
• vörösvértestek csökkent anyagcseréje (glikolízis, 2,3-difoszfoglicerát termelés �; ld. "vérkonzerv")
• magaslati tartózkodás
• Hgb alegységek típusa: pl. magzati hemoglobin vagy mioglobin
A hemoglobin O2 kötése
- a magzati O2-felvétel biztosítása
a H
gb O
2-te
lítet
tség
e (%
) magzati Hgb
anyai Hgb
O2 leadás fokozódása
O2 felvétel fokozódása
"balra tolt" görbe (folyt.):
• a felnıtt α2β2 összetétel helyett ε és γ láncok a magzati fejlıdés során
• a placenta kapillárisaiba már részlegesen deszaturált vér kerül -azonos O2 affinitás mellett a magzat O2 ellátása nem lenne megoldott
• a magzati Hgb O2 kötési képessége az anyai hemoglobinnál nagyobb
• alacsonyabb plazma PO2 mellett is képes O2-t felvenni az anyai Hgb-tól
- izomban a mioglobin is nagyobb O2-affinitással rendelkezik, mint a Hgb: fokozott munkavégzénél nagyobb mértékő O2 leadás érhetı el az izomban
A hemoglobin O2 kötése
A hemoglobin O2 kötése- CO (szénmonoxid) mérgezés
• 200x nagyobb affinitás CO iránt, mint O2 iránt, így a disszociáció is sokkal lassabb
• 0,1% CO mellett a Hgb többsége már nem köt O2-t
- Fe2+ -> Fe3+ oxidáció
• kötött O2 maga is lassan oxidál
• Fe3+: methemoglobin, O2-kötésre nem képes
• methemoglobin-reduktáz (NADPH): fiziológiásan keletkezett methemoglobin folyamatos redukálása
- örökletes methemoglobinaemia: enzim mutációja, inaktiváció
- nitrát-szennyezés: fokozott oxidáló hatás, enzim nem képes visszaredukálni – csecsemıknél különösen veszélyes
Az O2 transzport károsodásaa vér O2 szállító képessége függ:
• a hemoglobin tartalomtól • a hemoglobin szaturációjától • a keringı vér mennyiségétıl
hipoxiás hipoxia: kevés az artériákban az O2
hipoxia: O2 hiány
anémiás hipoxia: kevés a mőködıképes Hgb• vérszegénység, CO mérgezés
hipovolémiás, hipotenziós hipoxia: szövetekhez nem jut el az O2
• alacsony perctérfogat, alacsony vértérfogat, érelzáródás, szívelégtelenség
szöveti hipoxia: szövetek nem tudják az O2-t felhasználni• ciánmérgezés (terminális oxidáció, O2 felvétel gátlása)
• alacsony pO2 (magas hegy)• légzıizmok elégtelen mőködése (légmell)• légzıközpont gyenge mőködése• asztma, tüdıödéma, cisztás fibrózis, tüdıtágulás, pitvari sövény hiánya
búvármerülés: 10 m-ként 1 atm nyomásfokozódás
• külsı nyomást ellensúlyozni kell -> sőrített levegı
- a gáz tágulása a tüdıvénákat szétrepesztheti, keringésbe levegıkerül (levegı embólia) - nagy mennyiség a kamrában felgyőlhet, kis buborék a kisebb ereket zárhatja el; már 5m mélységbıl is!
• mélyebb merülés: N2 helyett pl. hélium (remegés, motoros aktivitás károsodása, EEG α aktivitás csökkenés, de kognitív képességek OK)
• keszon betegség: gyors felmerülés – PN2 hirtelen csökken, buborékképzıdés (10-30 min: csuklás, fájdalom, neurológiai problémák, gerincvelıi paralízis)
• tiszta O2 toxikus (tüdı, kognitív károsodás, de motoros funkció O.K.)
• 30-40 m-ig: 80% N2, 20% O2 ; mélyebben PN2 fokozódása miatt mélységi mámor
Az O2 transzport károsodása
- kezelés: túlnyomásos kamrában
A CO2 szállítása1. fizikai oldódás: a vérplazmában elég jó (0,7 ml/l), (5-7%)
• hımérséklettıl, CO2 oldékonyságtól, CO2 tenziótól lineárisan függ
2. hemoglobin karbamino-kötés (~23%)
• egyensúlyi folyamat, függ
- PCO2-tıl (szöveti kapillárisban karbamino-Hgb, tüdı-kapillárisban CO2 képzıdés)
• CO2 diffúzió közvetlenül a vörösvértestbe
• CO2 a hemoglobin szabad NH2 csoportjával reagál –karbamino-Hgb
- Hgb oxigenáltságától (deoHgb nagyobb, oxiHgb kisebb mértékben szállítja – vénás vérben magasabb karbamino-Hgb tartalom)
Hgb CO2+ Hgb-CO2
A CO2 szállítása3. szénsavképzıdés: szállítás HCO3
- formában a vérplazmában (~70%)
• vörösvértest citoplazma: nagy mennyiségő szénsavanhidráz
CO2 + H2O H2CO3 H+ + HCO3-
szénsav-anhidráz
szövet
1
2
3
kapillárisfal
vér-plazma
vörösvértest
lassú
gyors
karbamino-Hgb
• vörösvértest membrán: sok Cl- / HCO3
- transzporter- passzív transzport; a keletkezıHCO3
--t kiszállítja a vérplazmába, helyette Cl--t szállít be
- klorid csere (Hamburger-eltolódás)
- katalizátor; a reakciót mindkét irányba gyorsítani tudja
szénsav-anhidráz
klorid-csere
A CO2 szállítása
szövet
3
kapillárisfal
vér-plazma
vörösvértest
lassú
gyors
karbamino-Hgb
3. szénsavképzıdés a szövetekben
• Cl-/HCO3- csere: a HCO3
- a vérplazmába transzportálódik, „helyébe” Cl- kerül
• a szöveti kapillárisokban a CO2 a vvt-n belül HCO3
- -tá alakul, majd a vérplazmában szállítva jut el a tüdıbe
• a vvt-n belül a Hgb megköti a keletkezı H+-t, így jelentıs a HCO3-
képzıdés
• szöveti kapillárisokban Hgb deoxigenálódik - a deoHgb viszont jobban köti a H+-t
• a HCO3- -képzıdés a Hgb
deoxigenálódásától is függ szénsav-anhidráz
klorid-csere
szénsav-anhidráz
vér-plazma
vörösvértest
alveoláris tér
légzıhám
A CO2 szállítása3. szénsavképzıdés a tüdıkapillárisokban
• a vvt-ben a Hgb O2-t köt, így a H+ disszociál –> a vvt
citoplazmábján a HCO3- szénsavvá alakul, majd disszociál
• vvt citoplazmában felszabaduló CO2 a vérplazmába, majd az alveoláris térbe diffundál
• vvt-n belüli HCO3- mennyisége
csökken –> a Cl-/HCO3--
transzporter a magas vvt Cl-
helyett a vérplazmából HCO3--t
hoz be
• vvt-n belül folyamatos CO2képzıdés, amely diffúzióval az alveoláris térbe jut
klorid-csere
Az O2 és a CO2szállítása a vérben
alveolus
tüdı felé
jobb pitvar felé
bal pitvar felé
szövetek felé
nagy vérkör
kis vérkörCO2 szállítása :• 7% fizikai oldódás• 23% Hgb-CO2• 70% HCO3
- a vérplazmában
O2 szállítása :• 1,5% fizikai oldódás• 98,5% Hgb-O2 a
vörösvértestben
tüdıkapilláris
vérplazma
vörösvértest
szöveti kapilláris
belsılégzés
küls ılégzés
A légzımőködés szabályozása
A légzés szabályozása
• automatikus légzımozgások: a gerincvelıi, légzıizmokat beidegzı motoneuronok agytörzsi szabályozása
• más idegrendszeri struktúrák közvetlenül is irányítják a légzési motoneuronokat (pl. emóciók, hangadás)
légzési ciklus:• belégzési szakasz:
• kilégzési szakasz:
- a belégzés kezdetén fokozatosan növekvı aktivitás, majd fokozatos csökkenés
- a belégzés mélysége az ingerelt motoneuronok számától és a rajtuk kialakuló akciós potenciál sorozat frekvenciájától függ (toborzás; ld. mozgás)
- ált. passzív, nincs aktív izomösszehúzódás, csak erıltetett kilégzés esetén
A légzés központi szabályozásalégzési ritmusgenerátor:
• pontos mőködésük nem ismert részletesen
• nyúltvelıben és hídban több központ
középagy
híd
nyúltvelı
gerincvelı
pneumotaxikus központapneuziás központ
"kilégzı" neuronok
"belégzı" neuronokagytörzsi
ritmusszabályozóközpont
• nyúltvelıi be/kilégzı neuronokból induló leszálló pályák a légzıizmokat beidegzı, gerincvelıi motoneuronokon végzıdnek
• nyúltvelı: „elsıdleges” légzıközpont
� hımérséklet és vér pCO2
tartalmának emelkedése serkenti
� kilégzés alatt aktív, a belégzési neuronokat gátolja
� pacemaker aktivitás
• nyúltvelı/híd határa: belégzést gátlóközpont (Bötzinger komplex; apneuziás központ)
� a tüdıalveolusok falában lévı feszülési receptorok ingerülete serkenti
� nyúltvelıi kemoreceptorok aktiválódása és hipoxia gátolja
A légzés központi szabályozása
középagy
híd
nyúltvelı
gerincvelı
középagy
híd
nyúltvelı
gerincvelı
pneumotaxikus központapneuziás központ
"kilégzı" neuronok
"belégzı" neuronokagytörzsi
ritmusszabályozóközpont "kilégzı"
neuronok
"belégzı" neuronokagytörzsi
ritmusszabályozóközpont
• „belégzési” neuronok: dorzálisan és mediálisan
• „kilégzési” neuronok: ventrolaterálisan; csak fokozott kilégzés esetén aktiválódnak
A légzés központi szabályozása
középagy
híd
nyúltvelı
gerincvelı
középagy
híd
nyúltvelı
gerincvelı
pneumotaxikus központapneuziás központ
"kilégzı" neuronok
"belégzı" neuronokagytörzsi
ritmusszabályozóközpont "kilégzı"
neuronok
"belégzı" neuronokagytörzsi
ritmusszabályozóközpont
• híd: belégzés/kilégzés váltásátirányító központ (Kölliker-Fuse mag)
� volt „pneumotaxikus” központ
� ingerlése elnyújtott, mély belégzést vált ki
A légzımozgások központi szabályozása
nyugodt légzés erıltetett légzés
nyúltvelıi belégzı neuronokaktívak inaktívak
mellkas térfogata nı, mellüregi
nyomás csökken
nyugodt belégzés
rekeszizom, külsıbordaközi izmok
elernyednek; tüdırugalmas rostjai visszaugranak
mellkas térfogata csökken, mellüregi
nyomás nı
passzív kilégzés
rekeszizom, külsıbordaközi izmok és belégzı segédizmok
összehúzódása
mellkas térfogata nı, mellüregi
nyomás csökken
erıltetett belégzés
mellkas térfogata csökken, mellüregi
nyomás nı
erıltetett kilégzés
belsı bordaközi izmok és hasi segédizmok
összehúzódása
nyúltvelıi belégzıneuronokaktívak
rekeszizom, külsıbordaközi izmok összehúzódása
2 mp 3 mp
nyúltvelıi kilégzıneuronokaktívak
A légzıközpontra ható receptorok
• legfıbb szabályozó a vér (ill. cerebrospinális folyadék) PCO2 növekedése
pH változás érzékeléseCO2 + H2O <-> H2CO3 <-> H+ + HCO3-
• O2 szint: fiziológiásan ált. nem változik jelentısen, ezért a szervezet ált. csak igen nagyfokú hipoxiára reagál
• fı feladat: az artériás vér O2, CO2 szintjének szabályozása
� kemoreceptorok
nyúltvelıi (centrális) kemoreceptor
centrális kemoreceptorok:
• O2 szintre nem érzékenyek
• cerebrospinális folyadék (liquor, CSF) CO2(azaz H+ )- tartalmát érzékelik
• pCO2 növekedés (pH csökkenés) –> belégzési központ serkentése
• nyúltvelı ventrális felszínén, a VII. és XII. agyidegek kilépésénél
� kemoreceptorok
perifériás kemoreceptorok (glomusok)
IX. agyideg
nyúltvelı
X. agyideg
carotistestsinus caroticum
aortatestek
aortaív
fejverıér
belsı a. carotis
külsı a. carotis
• afferens rostok: gl. caroticum – n. IX (fontosabb), gl. aorticum – n. vagus
• mérik a vér O2 és CO2 tenzióját, a pH-t és a K+ szintet
pl. véráramlás csökken (vérnyomásesés vagy szimpatikus vazokonstrikció) –> pO2esik –> már a szöveti hipoxia kialakulása elıtt jeleznek
• O2 szint csökkenésével fokozódóan aktiválódnak, nem adaptálódnak
• carotis mellett és aortarégióban (~testek)
nyúltvelıi belégzési és vérnyomásemelıközpont aktiválása
A légzıközpontra ható receptorok
� tüdı feszülési receptorai
A légzıközpontra ható receptorok
• afferens rostok a n. vagusban – a kemoreceptorok melletti fı„visszajelzés” a légzési központba
(Hering-Breuer reflex)
• légutak falában, simaizomsejtek körül
• tüdıszövet feszülését érzékelik: minél feszesebb a tüdıfal (nagyobb a térfogat), annál nagyobb a kialakuló ingerület frekvenciája
belégzés reflexes gátlása
• CO2 belélegzése esetén elıször a légvétel mélysége nı – a feszülési receptorokon keresztüli negatív visszacsatolás engedi a légzési frekvencia fokozódását
apneuziás központ serkentése
kilégzés megindítása
A légzés szabályozása
légzıizmok
tüdı/mellkas
alveolus/kapilláris határ
vér
szövetek
feszülési receptorok
agykéreg
híd
gerincvelı
gátlásserkentés
idegi szabályozás
mechanikai munka
légcsere
diffúzió
centrális kemoreceptorok
CSF pH↓, pCO2 ↑
glomusokvérplazma pH↓,
pO2 ↓
nyúltvelı
belégzést gátló központ
belégzıneuronok
kilégzıneuronok
motoneuronok
n. vagus
n. vagusn. glossopharingeus
gyorsan adaptálódó receptorok• légutak hámsejtjei között, velıshüvelyő afferens axon
• irritáns receptorok: kémiai anyagok, por• fokozott ventiláció, bronchokonstrikció, nyálszekréció, köhögés
A légzést befolyásoló egyéb hatások
tüsszentés, köhögés:• orrnyálkahártya, gége, nyelıcsı és hörgık nyálkahártyájának kémiai
vagy mechanikai ingerlése
lihegés:• folyadék és hıleadás; csak a respirációs holtteret szellızteti
didergés:• légzıizmokon hideg vagy láz hatására; hipotalamikus és középagyi szintrıl a légzıközpontokra és/vagy a motoneuronokra hat
reflexes apnoé:• kellemetlen szagok, hideg zuhany, erıs zaj, éles fájdalom; nyelés és hányás alatt is (glottis záródik)
akaratlagos apnoé:• fokozott figyelmem vagy precíz kézmozgások esetén; agykérgi eredető
• hossza erıltetett belégzés utáni hiperventillációt követı O2
belélegeztetéssel növelhetı (palack nélküli merülés)
izommunka:• kezdeti szakaszban gyors ventiláció-fokozás: idegi hatás (motoros agykéreg, hipotalamusz, izmok mechanoreceptorai), majd elhúzódó, lassabb légzésnövelı hatás: reflexes, kemoreceptív hatás
• a munka után még fokozott légzés az izom „O2 adósságának”törlesztése miatt
beszéd, hangadás:• a hangszín a hangszalagok vastagságától, rezgés frekvenciájától, a hangerısség a kilégzés sebességétıl és a kilélegzett levegımennyiségétıl függ
• szájüregben további artikuláció; egyedi sajátságok
A légzést befolyásoló egyéb hatások
Ábrák
orrüreg
orr
felsılégutak
garat
gége
légcsı (trachea)
bordák
fı broncusok
bal oldali tüdılebenyek (2)
jobb oldali tüdılebenyek (3)
alsólégutak
A légzırendszer felépítése
szájüreg
A légzı- és emésztı rendszer felsı szakasza
gége
szaglóhám
orrjáratok
orrüreg
orrmandula
szájüregnyelv
csontos szájpadlás
lágy szájpadlás
nyelıcsı
garat
gégefedı (epiglottis)
hangszalagok, hangréslégcsı
pajzsmirigyporc
állkapocs
A hemoglobin szerkezete
hem
Recommended